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
Väitös: Puupohjaisten innovaatioiden mahdollisuudet nähdään merkittävinä, mutta potentiaalin toteutuminen vaatii tukea7.4.2026 09:00:00 EEST | Tiedote
KTM Venla Wallius tarkastelee Jyväskylän yliopiston kauppakorkeakoulun yritysten ympäristöjohtamisen väitöstutkimuksessaan erilaisten toimijoiden näkemyksiä puupohjaisista innovaatioista ja niiden mahdollisuuksista osana kestävyyssiirtymää. Tutkimuksen mukaan useat sidosryhmät näkevät puupohjaisilla innovaatioilla olevan monia mahdollisuuksia kestävyyssiirtymän edistämisessä, mutta potentiaalin toteutuminen edellyttää lisää investointeja, tutkimusta, läpileikkaavaa yhteistyötä toimijoiden välillä, viestintää sekä poliittista tukea.
Lasten ulkoilu ja useamman lajin harrastaminen vähentyvät jo ensimmäisten kouluvuosien jälkeen7.4.2026 08:34:32 EEST | Tiedote
Jyväskylän yliopiston tuore väitöstutkimus osoittaa, että lasten ulkoilun määrä ja monilajinen liikuntaharrastaminen ovat korkeimmillaan alakoulun alkuvuosina. Tämän jälkeen liikunnan määrä vähenee ja harrastaminen keskittyy yhä enemmän yhteen lajiin. Kuitenkin juuri omatoiminen ulkoilu yhdistettynä monilajiseen harrastamiseen tukee parhaiten lasten fyysistä aktiivisuutta, fyysistä kuntoa ja motorisia taitoja.
“Ai tässä on undertrå?” Doktorsavhandling visar att användning av dialekt, standardsvenska och finska kan till och med stödja lärandet7.4.2026 07:32:00 EEST | Tiedote
I finlandssvenska skolor används standardspråk, dialekt och finska, och denna språkliga överlappning kan till och med stödja lärandet. I sin doktorsavhandling undersöker fil.mag. Paulina Nyman-Koskinen hur interaktionen i en klass formas när språk sammanflätas. Studien belyser en verklighet som präglar många finlandssvenska skolor, men som sällan har undersökts.
Miljoonarahoitus vaihdevuositutkimukseen Jane ja Aatos Erkon säätiöltä2.4.2026 09:31:43 EEST | Tiedote
Jane ja Aatos Erkon säätiö on myöntänyt 1,017 miljoonan euron rahoituksen Jyväskylän yliopiston liikuntatieteellisen tiedekunnan tutkimukselle. Apulaisprofessori Eija Laakkosen hanke tutkii vaihdevuosien keskeistä mutta vielä puutteellisesti ymmärrettyä ilmiötä: estrogeenin vähenemisen vaikutuksia naisten sydän- ja aineenvaihduntaterveyteen, hermoston ja rasvakudoksen toimintaan, kehonkoostumukseen ja elämänlaatuun.
Muuttolintujen kevät innoittaa luonnonystäviä 8.4. – mukana tapahtumassa myös Pirkka-Pekka Petelius2.4.2026 08:00:00 EEST | Tiedote
Kansalaistieteen Lähde: Muuttolintujen kevät -tapahtuma ke 8.4.2026 klo 12–19.30, Jyväskylän yliopiston päärakennus, juhlasali ja kirjasto Lähde
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