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
Peruskoulunsa päättäviltä kysyttiin, miksi oppimistulokset laskevat – eriytymiskehitys näkyy vastauksissa17.3.2026 13:52:57 EET | Tiedote
Siinä missä toiset nuoret saavat koulussa, kotona ja kavereiltaan runsaasti tukea ja kannustusta oppimiseen ja elämän käänteisiin, toiset kokevat jäävänsä yksin tai elävät muutoin kuormittavaa arkea. Tällöin myös opiskeluun kiinnittyminen on haastavaa. Niin ikään nuoriin kohdistuvat vaatimukset hahmottuvat nykynuorten kokemusmaailmassa eri tavoin. Osa kokee, että koulussa vaaditaan liian vähän, kun samaan aikaan toiset kuvaavat uupumista ja yhä epävarmempia tulevaisuudennäkymiä yhä varhaisemmassa vaiheessa.
Yli kaksi kolmesta opetusalan työntekijästä on kohdannut väkivaltaa työssään – tuki jää usein puutteelliseksi16.3.2026 09:57:50 EET | Tiedote
Perusopetuksessa työskentelevien arki on turvattomampaa kuin usein ajatellaan. Tuoreen tutkimuksen mukaan 68 prosenttia opettajista ja koulunkäynninohjaajista on kohdannut työurallaan fyysistä väkivaltaa ja 62 prosenttia väkivallalla uhkailua. Silti lähes puolessa tapauksista tilanteesta ei tehty mitään virallista ilmoitusta.
Kultananoklustereista apua sairauksien tunnistamiseen?16.3.2026 07:05:00 EET | Tiedote
Jyväskylän yliopiston tutkijoiden laaja laskennallinen tutkimus ennusti, että kultananoklusterit voivat tunnistaa kiraalisia biomolekyylejä valikoivasti. Tämä ominaisuus voi auttaa havaitsemaan tiettyjä sairauksia suoraan verinäytteestä.
Aivoviikon tapahtuma Jyväskylän yliopistossa: miten oppiminen muokkaa aivojamme?13.3.2026 08:52:43 EET | Tiedote
Miten oppiminen, liike, uni ja ympäristö muovaavat aivojamme? Näihin kysymyksiin pureudutaan Jyväskylän yliopiston Aivoviikon yleisötilaisuudessa Oppivat ja muovautuvat aivot tiistaina 17.3.2026. Kaikille avoin tapahtuma järjestetään yliopiston Lähde-kirjaston Tietoniekka-tilassa sekä verkossa.
Viisaudella on oma muutosten ja kehityksen polkunsa – uusi Oxfordin kustantama kansainvälinen käsikirja julkaistu12.3.2026 13:14:02 EET | Tiedote
Jyväskylän yliopiston Koulutuksen tutkimuslaitoksen dosentti Eeva K. Kallio on toiminut toisena toimittajana juuri ilmestyneessä teoksessa The International Handbook of Adult Development and Wisdom. Kallion työparina on ollut Fielding Graduate Universityn psykologian emeritaprofessori Judith Stevens-Long.
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