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 sai yli 800 000 euroa luotettavan interaktiivisen tekoälyn kehittämiseen6.7.2026 08:00:00 EEST | Tiedote
Jyväskylän yliopiston informaatioteknologian tiedekunta on saanut Business Finlandilta 822 000 euron rahoituksen interaktiivisen tekoälyn kehittämiseen. Hankkeessa luodaan luotettavampia ja paremmin ihmisten kanssa yhteistyöhön kykeneviä tekoälyjärjestelmiä sekä valmistellaan teknologiaa kaupalliseen käyttöön.
Jyväskylän yliopistoon valittiin 2924 uutta opiskelijaa2.7.2026 12:04:36 EEST | Tiedote
Jyväskylän yliopistoon hyväksyttiin kevään toisessa yhteishaussa ja yliopistojen avoimen väylän erillishaussa yhteensä 2924 uutta opiskelijaa. Lukuvuosi alkaa elokuun lopulla uusien opiskelijoiden orientaation merkeissä. Onnittelemme kaikkia valittuja!
Avoimen väylät uudistuvat Jyväskylän yliopistossa: Selkeyttä ja lisää mahdollisuuksia tutkintokoulutukseen hakeutuville29.6.2026 12:44:56 EEST | Tiedote
Jyväskylän yliopisto nostaa avoimen väylän kautta valittavien opiskelijoiden osuutta. Tavoitetaso on 15 prosenttia niiden tutkinto-ohjelmien sisäänotosta, joihin voi hakea avoimen väylältä. Samalla avoimen väylien edellytykset selkeytyvät: jatkossa Jyväskylän yliopistossa on kolme väylätyyppiä. Kehittämistyö tukee erityisesti valtion rahoittamalla opintosetelillä opiskelevien nuorten aikuisten korkeakoulupaikan saavuttamista.
Uusiutuvan energian nopea kasvu kuormittaa luontoa – tutkijat ehdottavat tarkempaa sijainninohjausta29.6.2026 07:05:00 EEST | Tiedote
Suomessa nopeasti kasvanut tuuli- ja aurinkovoiman tuotanto vaikuttaa merkittävästi sekä ympäristöön että ihmisiin, osoittaa tuore Jyväskylän yliopiston Resurssiviisausyhteisö JYU.Wisdomin Wisdom Letters -julkaisusarjassa ilmestynyt vertaisarvioitu artikkeli. Vaikka yksittäisiä hankkeita tarkastellaan yksityiskohtaisesti, eivät nykyiset suunnittelu- ja arviointikäytännöt riitä niiden yhteisvaikutusten hallintaan. Politiikkasuosituksia sisältävän julkaisun ovat laatineet neljä tutkijaa Suomen ympäristökeskuksesta, Itä-Suomen yliopistosta ja Turun yliopistosta.
Ketä enää kiinnostaa? Jyväskylän Kesässä kysytään, mihin journalismia ja viisautta tarvitaan muuttuvassa maailmassa25.6.2026 10:10:24 EEST | Tiedote
Jyväskylän Kesän keskusteluohjelma kokoaa 1.–5.7.2026 Jyväskylän yliopiston kampukselle tutkijoita, taiteilijoita, toimittajia ja muita asiantuntijoita pohtimaan viisauden merkitystä ajassamme. Ohjelmassa tarkastellaan muun muassa journalismin tulevaisuutta, viisauden ja typeryyden rajapintoja, vastuullisuutta, ihmisen kasvua sekä luontosuhdetta.
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