Nanoklusterien pintakemia ohjaa uudenlaisten toiminnallisten materiaalien kasvua
11.11.2022 08:30:00 EET | Jyväskylän yliopisto | Uutinen
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
Jyväskylän yliopisto ja ylioppilaskunta mukana juhlistamassa Pridea 7.–13.9.2026 – teemana liikuntarauha4.9.2026 10:17:16 EEST | Tiedote
Jyväskylän Pride -viikkoa vietetään 7.–13.9.2026. Jyväskylän yliopisto ja ylioppilaskunta JYY ovat tuttuun tapaan mukana tapahtumassa. Tapahtuman järjestää Jyväskylän Seta ry.
Data valjastetaan pelaajakehityksen tueksi: KalPa ja Jyväskylän yliopisto rakentavat uudenlaista pelaajapolkua3.9.2026 10:57:26 EEST | Tiedote
KalPa Hockey Oy:n ja Jyväskylän yliopiston JYU-Vuokatin yhteishankkeessa kehitetään datapohjaisia työkaluja, joiden avulla voidaan seurata nuorten jääkiekkoilijoiden kehitystä juniorivuosista aina ammattilaistasolle asti. Samalla pyritään ehkäisemään ylikuormitusta ja tunnistamaan lahjakkuuksia nykyistä yhdenvertaisemmin.
Jyväskylän yliopisto sai Nature Positive Universities -todennuksen ensimmäisten joukossa maailmassa3.9.2026 08:05:00 EEST | Tiedote
Jyväskylän yliopistolle on myönnetty kansainvälinen Nature Positive Universities –varmennus vuodelle 2026. Jyväskylän yliopisto on edelläkävijä, joka sai tunnustuksen onnistuneesta työstään luonnon monimuotoisuuden parantamiseksi ja luontopositiivisuuden edistämiseksi.
Rehtori Jari Ojala: Yliopistot kovien ulkoisten paineiden kourissa2.9.2026 14:05:00 EEST | Tiedote
Jyväskylän yliopiston lukuvuoden 2026-2027 avajaiset 2.9.2026 Rehtori Jari Ojalan avajaispuhe (Vapaa julkaistavaksi 2.9. klo 14)
Kuinka paljon avohakkuita luonto kestää? Tutkimus määrittää boreaalisten metsälintujen ekologisen rajan2.9.2026 07:05:00 EEST | Tiedote
Jyväskylän yliopiston johtama tutkimus on ensimmäistä kertaa määrittänyt raja-arvon avohakkuiden ekologisesti kestävälle määrälle boreaalisissa metsissä. Tutkimuksen mukaan vanhojen metsien lintulajit tarvitsevat säilyäkseen joko pidemmän, noin 90 vuoden kiertoajan metsätaloudessa tai sen, että noin 20 prosenttia metsistä jätetään kokonaan avohakkuiden ulkopuolelle. Tulokset tarjoavat konkreettisen tavoitteen metsien ekologisesti kestävälle käytölle.
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