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
Tyypin 2 diabeteksen verensokeritasapainoa voi parantaa lihasaktivoinnilla jopa istuen13.5.2026 07:00:00 EEST | Tiedote
TtM Suvi Lambergin väitöstutkimus osoittaa, että pitkäaikaisen istumisen keskeyttäminen dynaamisella lihastyöllä — tapahtuipa se istuen tai pystyasennossa — vähentää aterianjälkeisiä glukoosi- ja insuliinivasteita noin 22 %. Suurin vaikutus havaittiin etureiden lihasten aktivoinnilla.
Tutustu maailmankaikkeuden alkuperään – fysiikkanäyttely avautuu Ruusupuiston aukiolla12.5.2026 08:05:00 EEST | Tiedote
Kansainvälinen valokuvanäyttely, joka kuvaa maailmankaikkeuden alkuperää ja ihmiskunnan paikkaa siinä, on nähtävissä Jyväskylän yliopiston Ruusupuisto-rakennuksen edustalla 18.5.-8.6.2026.
Vaihdevuodet muuttavat naisen elimistöä – arjen valinnoilla on merkitystä terveyden kannalta12.5.2026 07:00:00 EEST | Tiedote
Vaihdevuosien aikana naisen elimistössä tapahtuu merkittäviä biologisia muutoksia, jotka vaikuttavat aineenvaihduntaan ja kehonkoostumukseen. Jyväskylän yliopiston tuore väitöstutkimus osoittaa, että terveelliset elämäntavat, erityisesti säännöllinen ruokarytmi ja liikkuminen voivat lieventää näitä muutoksia ja tukea aineenvaihduntaterveyttä.
Väitös: Ikääntyvien sairaanhoitajien työurat rakentuvat monen tekijän yhteisvaikutuksesta11.5.2026 08:00:00 EEST | Tiedote
FM Sirpa Koponen tarkastelee Jyväskylän yliopiston kauppakorkeakoulun johtamisen väitöstutkimuksessaan, miten ikääntyvät sairaanhoitajat rakentavat työuriensa loppuvaihetta ja pohtivat työssä jatkamista suhteessa eläköitymiseen. Tutkimuksen mukaan työssä jatkaminen ei riipu yhdestä tekijästä, vaan muodostuu työn merkityksellisyyden, työkyvyn, johtamisen ja työolojen yhteisvaikutuksesta.
Väitös: Kohti tarkempaa ympäristöennustamista – tutkimus tuo esiin ilmansaasteiden ja sään taustalla vaikuttavat rakenteet11.5.2026 07:05:00 EEST | Tiedote
Jyväskylän yliopistossa tehdyssä tuoreessa väitöskirjatutkimuksessa on kehitetty uusia tilastollisia menetelmiä, joiden avulla voidaan tunnistaa monimutkaisten ympäristöaineistojen taustalla vaikuttavia ilmiöitä ja parantaa ennusteiden tarkkuutta. Menetelmät tarjoavat uusia keinoja ympäristödatan analysointiin ja päätöksenteon tueksi.
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