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
Tutkimus: Lapsen koulupoissaolot voivat haastaa vanhemmuutta3.11.2026 07:05:00 EET | Tiedote
Lapsen pitkittyneet vaikeudet käydä koulua kuormittavat koko perhettä. Jyväskylän yliopiston tutkimuksen mukaan pitkittynyt koulukieltäytyminen herättää vanhemmissa syyllisyyttä, epävarmuutta ja huolta sekä muuttaa heidän käsitystään omasta vanhemmuudestaan.
Jyväskylän yliopiston Juho Leppänen palkittiin vuoden 2025 parhaasta tilastotieteen gradusta2.11.2026 07:30:00 EET | Tiedote
Suomen Tilastoseura on myöntänyt arvostetun Leo Törnqvist -palkinnon Jyväskylän yliopiston matematiikan ja tilastotieteen laitokselta valmistuneelle filosofian maisteri Juho Leppäselle parhaasta vuonna 2025 valmistuneesta tilastotieteen pro gradu -tutkielmasta. Leo Törnqvist -palkinto on yksi suomalaisen tilastotieteen arvostetuimmista tunnustuksista, ja se myönnetään ansiokkaalle tilastotieteen alan pro gradu -tutkielmalle.
Miten löydät oman juttusi ja suunnan tulevaisuuteen? Hakijan päivä 6.11. kokoaa yhteen Jyväskylän yliopiston opintomahdollisuudet2.11.2026 07:05:00 EET | Tiedote
Jyväskylän yliopiston Hakijan päivä -tapahtumassa pääset tutustumaan Jyväskylän yliopiston kaikkien kuuden tiedekunnan sekä avoimen yliopiston opintotarjontaan. Tapahtumassa on myös mahdollisuus päästä keskustelemaan henkilökunnan ja opiskelijoiden kanssa. Hakijan päivä järjestetään Jyväskylän yliopiston Agora-rakennuksessa perjantaina 6.11. kello 9–15. Koulutusalaesittelyitä voi seurata myös verkkolähetyksen kautta. Samana päivänä Hakijan päivä -tapahtuman järjestävät myös Jyväskylän ammattikorkeakoulu Jamk ja Humanistinen ammattikorkeakoulu Humak.
Pelitutkimuksen päivät kokoavat Suomen pelitutkijat Jyväskylään30.10.2026 07:05:00 EET | Tiedote
Ensimmäistä kertaa kaksipäiväisenä järjestettävä tapahtuma tuo yhteen kotimaista pelitutkimusta yli korkeakoulu- ja oppiainerajojen.
Tutkimus: Karjalankielisten evakkojen jälkipolvet elvyttävät sukunsa kieltä ja kulttuuriperintöä29.10.2026 10:08:53 EET | Tiedote
Karjalankielisten evakkojen jälkipolvet ottavat takaisin omaa kieltään ja kulttuuriaan, jotka monissa perheissä katosivat toisen maailmansodan ja evakkouden seurauksena. FM, YTM Pirja Hyyryläisen Jyväskylän yliopistossa tekemä väitöstutkimus osoittaa, että toinen ja kolmas sukupolvi ovat nousseet keskeiseen rooliin karjalan kielen elvyttämisessä ja karjalaisen kulttuuri-identiteetin vahvistamisessa.
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