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
Psykonet palkitsi ansioituneita psykologian alan toimijoita Psykologia 2026 -kongressissa Jyväskylässä15.6.2026 09:00:58 EEST | Tiedote
Psykologian valtakunnallinen yliopistoverkosto Psykonet on jakanut vuoden 2026 palkintonsa Psykologia 2026 -kongressissa Jyväskylässä 12. kesäkuuta 2026. Palkinnoilla tunnustetaan ansioitunutta toimintaa ja erityisiä saavutuksia, joilla on merkitystä psykologian alan tutkimuksen ja koulutuksen kehittymiselle sekä alan yhteiskunnalliselle vaikuttavuudelle.
Näyttöön perustuvia ratkaisuja EU:n ennallistamisasetuksen toimeenpanoon15.6.2026 07:05:00 EEST | Tiedote
Euroopan unionin ennallistamisasetus vaatii jäsenvaltioilta nopeita ratkaisuja luontokadon pysäyttämiseksi. Onnistunut toimeenpano edellyttää merkittäviä toimia, olemassa olevien työkalujen ja mittareiden tehokasta hyödyntämistä sekä vastuun jakamista aiheuttaja maksaa -periaatteen mukaisesti niin, etteivät kustannukset jää yksin julkiselle sektorille.
Suomen Akatemialta lähes viisi miljoonaa euroa Jyväskylän yliopiston koulutuksen, kulttuurin ja yhteiskunnan tutkimukseen12.6.2026 14:27:58 EEST | Tiedote
Suomen Akatemian kulttuurin ja yhteiskunnan tutkimuksen toimikunta on myöntänyt Jyväskylän yliopiston tutkijoille yhteensä noin 4,9 miljoonaa euroa uutta tutkimusrahoitusta. Rahoituksen saivat kuusi akatemiahanketta ja kaksi akatemiatutkijaa. Rahoitus vahvistaa yliopiston korkeatasoista tutkimusta erityisesti koulutuksen, yhteiskunnan, hyvinvoinnin ja kulttuurin tutkimuksen aloilla.
Suomen Akatemialta rahoitusta Jyväskylän yliopistoon biotieteiden, terveyden ja ympäristön tutkimukseen12.6.2026 08:05:00 EEST | Tiedote
Suomen Akatemian biotieteiden, terveyden ja ympäristön tutkimuksen toimikunta (BTY) myönsi rahoituksen 42 uudelle akatemiatutkijalle. Lisäksi toimikunta rahoitti 75 akatemiahanketta, joissa on mukana yhteensä 100 osahanketta. Jyväskylän yliopistossa rahoituksen sai kaksi uutta akatemiatutkijaa ja yksi akatemiahanke, yhteensä kaksi miljoonaa euroa.
Kuitulisä tehoaa rasvamaksaan – vaikutus riippuu suolistomikrobiston lähtötasosta12.6.2026 06:30:00 EEST | Tiedote
Jyväskylän yliopistossa tutkittiin ensimmäistä kertaa ihmisillä prebioottisen ksylo-oligosakkaridi-ravintokuidun vaikutusta rasvamaksaan. Tulokset osoittavat, että kuitulisä voi vähentää haitallisten aineenvaihduntatuotteiden määrää suolistossa ja siten parantaa maksan terveyttä. Suolistomikrobiston koostumus ennen ravintolisää vaikuttaa siitä saatavaan hyötyyn.
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