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 mukana kehittämässä tekoälypohjaisia digitaalisia kaksosia kiertotalouden tueksi9.11.2026 07:05:00 EET | Tiedote
Jyväskylän yliopisto on mukana lähes neljän miljoonan euron Euroopan innovaationeuvoston (EIC) Pathfinder Challenge -rahoituksen saaneessa tutkimushankkeessa, jossa kehitetään uuden sukupolven tekoälyyn perustuvia digitaalisia kaksosia (Digital Twin) jätteiden hyödyntämiseen tähtäävien teknologioiden kehitykseen. Nelivuotisen hankkeen tavoitteena on vauhdittaa kiertotalouden ratkaisuja sekä uusiutuvien polttoaineiden, kemikaalien ja materiaalien kehittämistä.
Joni Borgström Unifund Jyväskylä Oy:n toimitusjohtajaksi6.11.2026 08:05:00 EET | Tiedote
Joni Borgström on aloittanut Jyväskylän yliopiston perustaman sijoitusyhtiö Unifund Jyväskylä Oy:n toimitusjohtajana 1.11.2026. Unifund sijoittaa varhaisen vaiheen yrityksiin, joiden liiketoiminta perustuu Jyväskylän yliopiston tutkimuksen tai osaamisen hyödyntämiseen.
Väitös: Työpaikoilla käytettävät robotit muuttavat valtasuhteita ja voivat aiheuttaa teknostressiä5.11.2026 08:00:00 EET | Tiedote
Työpaikoilla käytettävät robotit muuttavat työn tekemisen tapoja ja työpaikkojen valtasuhteita, osoittaa YTM Anna Lammen väitöstutkimus. Robotit voivat helpottaa työtä, mutta niiden käyttöönotto voi myös aiheuttaa teknostressiä, jos työntekijöiden tarpeita ja työn organisointia ei huomioida riittävällä tasolla.
Jyväskylässä järjestettävä Rauhan riimit -tapahtuma tuo koululaiset yhteen rakentamaan rauhaa rapin, kielen ja luovuuden keinoin4.11.2026 15:30:58 EET | Tiedote
Jyväskylässä järjestetään keskiviikkona 11.11. Rauhan riimit - tapahtumapäivä, joka tuo yhteen UNESCO-koulujen oppilaita Kuopion, Jyväskylän ja Pirkanmaan alueilta. Tapahtuman keskiössä ovat rauhankasvatus, kulttuuriperintö, kestävä tulevaisuus sekä luovan ilmaisun mahdollisuudet.
Itsemyötätunnon pelko voi lisätä perfektionististen urheilijoiden mielenterveyden haavoittuvuutta4.11.2026 07:00:00 EET | Tiedote
Perfektionistinen käyttäytyminen on yleistä kilpaurheilussa, mutta sen on todettu lisäävän mielenterveysongelmien riskiä. Jyväskylän yliopiston tutkimuksessa erityisesti itsemyötätunnon pelko näyttäytyi merkittävänä mielenterveyden haavoittuvuutta lisäävänä tekijänä perfektionistisilla kilpaurheilijoilla.
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