Nanoklusterien pintakemia ohjaa uudenlaisten toiminnallisten materiaalien kasvua
Tavallinen kiinteä aine koostuu kidehilaan järjestyneistä atomeista. Atomien kemiallinen luonne ja kidehilan järjestys määrittävät aineen ominaisuudet, esimerkiksi sen, onko aine metalli, puolijohde vai sähköinen eriste.
Ulkoiset olosuhteet, kuten lämpötila tai hyvin korkea paine, voivat muuttaa kidehilan järjestystä. Näin esimerkiksi sähköisesti eristävästä materiaalista voidaan saada aikaan sähköä johtava metallinen materiaali.
Keinotekoisesti voidaan valmistaa niin sanottuja metamateriaaleja, joissa kidehilaan järjestyneet aineen rakennuspalikat ovat yksittäistä atomia suurempia kokonaisuuksia.
Nyt julkaistussa tutkimuksessa valmistettiin yhden nanometrin kokoisia, rakenteeltaan tunnettuja ja veteen liukenevia 25 kulta-atomin klustereita, joiden pinnalla on metallia suojaavia ligandimolekyylejä. Kun vesiliuokseen lisättiin klustereiden pinnalle heikosti tarttuvia molekyylejä (tetra-alkyyliammonium-ioneja), klusterit muodostivat noin mikrometrin kokoisia täydellisesti järjestyneitä kiteitä.
Kun kiteiden rakennetta tutkittiin elektronimikroskoopilla, niiden havaittiin koostuvan tiiviisti pakkautuneista klusterien ”rihmoista”, joissa yksittäiset klusterit olivat liittyneet toisiinsa lyhyillä ”kultaketjuilla”.
Klustereiden pinnalle tarttuvien molekyylien kokoa muuttelemalla voitiin vaikuttaa siihen, minkä kokoisia ja minkä muotoisia kidemateriaaleja saatiin kasvatettua.
Jyväskylän yliopiston laskennallisen nanotieteen ryhmän tutkijat analysoivat klusterimateriaaleista otettuja mikroskooppikuvia käyttäen kuvantunnistusmenetelmiä, rakensivat atomaarisen mallin kiteelle ja simuloivat klusterien pinnoilla tapahtuvia molekulaarisia vuorovaikutuksia, jotka selittävät havaitun rihmamaisen rakenteen syntymisen. Näin voitiin selvittää makroskooppisten materiaalien kasvuun liittyviä prosesseja lähtien atomitason kemian kuvauksesta.
”Tutkimuksessa käytettyjen kultaklustereiden atomirakenne on ollut tunnettu vuodesta 2008 lähtien, mutta vasta nyt olemme saaneet selville miten yksittäiset klusterit muodostavat makroskooppisia järjestyneitä metamateriaaleja ja miten materiaalien kasvuun voi vaikuttaa klustereiden pintakemiaa säätelemällä”, kertoo laskennallisen nanotieteen tutkimusryhmää johtava professori Hannu Häkkinen Jyväskylän yliopiston Nanotiedekeskuksesta.
”Tuloksemme ovat tärkeitä tutkijayhteisölle, joka haluaa ymmärtää, miten metamateriaaleja voidaan kasvattaa ja muokata esimerkiksi optisiin tai nanolääketieteen sovelluksiin.”
Tutkimuksessa käytetyt klusterimateriaalit valmistettiin Singaporen kansallisessa yliopistossa ja mikroskopiakuvaukset tehtiin KAUST-yliopistossa Saudi-Arabiassa. Tutkimus julkaistiin arvostetussa Nature Chemistry -lehdessä 10.11.2022.
Julkaisu: https://www.nature.com/articles/s41557-022-01079-9
Lisätietoja:
Professori Hannu Häkkinen, hannu.j.hakkinen@jyu.fi, +358 400 247 973
Laskennallisen nanotieteen tutkimusryhmä, Jyväskylän yliopiston Nanotiedekeskus: https://r.jyu.fi/zA7
Avainsanat
Yhteyshenkilöt
Tanja HeikkinenViestinnän asiantuntija
Puh:+358 50 472 1162tanja.s.heikkinen@jyu.fiKuvat
Linkit
Tietoja julkaisijasta
Jyväskylän keskustassa sijaitsevan yliopiston kauniilla puistokampuksella sykkii monitieteinen ja moderni tiedeyliopisto – ihmisläheinen ja dynaaminen yhteisö, jonka 2500 asiantuntijaa ja 15 000 opiskelijaa etsivät ja löytävät vastauksia huomisen kysymyksiin. Jyväskylän yliopisto on ollut tulevaisuuden palveluksessa jo vuodesta 1863, jolloin suomenkielinen opettajankoulutus sai alkunsa täältä. Voimanlähteenämme on moniarvoinen vuoropuhelu tutkimuksen, koulutuksen ja yhteiskunnan välillä. Vaalimme tutkimuksen ja koulutuksen tasapainoa sekä ajattelun avoimuutta – sytytämme taidon, tiedon ja intohimon elää viisaasti ihmiskunnan parhaaksi. www.jyu.fi
Tilaa tiedotteet sähköpostiisi
Haluatko tietää asioista ensimmäisten joukossa? Kun tilaat tiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.
Lue lisää julkaisijalta Jyväskylän yliopisto
Kokkolan yliopistokeskus Chydenius suuntaa katseensa merelle18.9.2025 15:00:00 EEST | Kutsu
Puhdas energiasiirtymä muuttaa muun muassa sellaisten yritysten liiketoimintaympäristöä, joiden asiakkaat toimivat merialueilla tai meriliikenteeseen sidoksissa olevilla aloilla. Siksi Kokkolan yliopistokeskus Chydenius on suunnannut katseensa myös merelle kehittäessään yritysten liiketoimintaa.
Väitös: Suomalaisten soiden karhukaiset: sitkeimmätkään eläimet eivät selviä kaikkialla (Mäenpää)18.9.2025 14:00:00 EEST | Tiedote
Jyväskylän yliopiston vastavalmistuneessa väitöskirjassa tutkittiin karhukaisia, mikroskooppisen pieniä ja sitkeydestään tunnettuja eläimiä, suomalaisissa soissa. Tutkimus on ensimmäinen, jossa tarkastellaan, miten karhukaisyhteisöt vaihtelevat eri suotyypeissä sekä luonnontilaisilla, ojitetuilla ja ennallistetuilla soilla.
Väitös: Kontekstisidonnaiset mallit ennustavat, milloin kuljettajan tarkkaamattomuus voi johtaa onnettomuuksiin18.9.2025 08:30:00 EEST | Tiedote
Abhishek Sarkar kehitti väitöstutkimuksessaan kontekstisensitiivisiä malleja, jotka auttavat tunnistamaan kuljettajan keskittymisen herpaantumisen eri ajotilanteissa. Mallit osaavat ottaa huomioon ajoympäristön, kuljettajan omat kyvyt ja erilaiset poikkeustilanteet. Tuloksia voidaan hyödyntää ajoneuvojen valvontajärjestelmien ja käyttöliittymien suunnittelussa ja kuljettajakoulutuksessa.
Väitöstutkimus selvitti adaptiivisten menetelmien hyötyä sensoriverkkopaikannuksessa – apua paikannuksen haasteisiin vaihtelevissa ulko-olosuhteissa18.9.2025 08:15:00 EEST | Tiedote
FM Jari Luomala käsitteli väitöstutkimuksessaan referenssi- ja etäisyysperusteista paikannusta ulkona toimiville langattomille sensoriverkoille. Tutkimuksessa esitetään ratkaisuja sensoriverkon laitteiden eli noodien paikannustarkkuuden parantamiseksi vaihtelevissa olosuhteissa.
Raportti: SOTE-rahoitusmalli ei vastaa todellisuutta – tutkijat vaativat huomiota alueiden välisiin eroihin17.9.2025 08:00:00 EEST | Tiedote
Jyväskylän yliopiston ja Helsingin yliopiston tutkijoiden tuoreessa raportissa tarkasteltiin demografisten ja sosioekonomisten tekijöiden vaikutusta SOTE-palveluiden tarpeeseen ja kustannuksiin hyvinvointialueilla. Tutkijoiden mukaan nykyinen rahoitusmalli ei vastaa todellista tarvetta, eikä ota huomioon väestön rakenteellisia ja sosiaalisia eroja. Rahoitusmallia tulisi tutkijoiden mukaan uudistaa, jotta se ei johtaisi alueelliseen eriarvoisuuteen.
Uutishuoneessa voit lukea tiedotteitamme ja muuta julkaisemaamme materiaalia. Löydät sieltä niin yhteyshenkilöidemme tiedot kuin vapaasti julkaistavissa olevia kuvia ja videoita. Uutishuoneessa voit nähdä myös sosiaalisen median sisältöjä. Kaikki tiedotepalvelussa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.
Tutustu uutishuoneeseemme