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
Identiteetti kehittyy pitkälle aikuisuuteen ja linkittyy parempaan mielen hyvinvointiin13.10.2026 07:00:00 EEST | Tiedote
Identiteetin kehitys ei rajoitu ainoastaan nuoruuteen, osoittaa Jyväskylän yliopiston tuore tutkimus. Lapsesta aikuiseksi -pitkittäistutkimuksessa tarkasteltiin identiteetin kehitystä aikuisuudessa ja havaittiin, että identiteetti kehittyy myönteisesti 27-vuotiaasta 61-vuotiaaksi. Myönteisemmin kehittynyt identiteetti oli yhteydessä korkeampaan mielen hyvinvointiin.Tuore tutkimus osoitti, että identiteetin kehitys ei rajoitu vain nuoruuteen, vaan voi muovautua läpi aikuisuuden.
Jyväskylän yliopisto mukana ensimmäisessä superraskaan alkuaineen kemiallisen sidoksen mittauksessa9.10.2026 07:05:00 EEST | Tiedote
Kansainvälinen tutkimusryhmä on onnistunut ensimmäistä kertaa mittaamaan kemiallisen sidoksen vahvuuden superraskaan alkuaineen yhdisteessä. Jyväskylän yliopisto oli mukana tutkimuksessa, jossa selvitettiin seaborgiumin kemiallisia ominaisuuksia. Tulokset osoittavat, kuinka suhteellisuusteorian ennustamat relativistiset ilmiöt vaikuttavat kaikkein raskaimpien alkuaineiden kemiaan. Tutkimus on julkaistu Nature-lehdessä.
Tutkijoiden yö oli taas Suomen suurin tiedetapahtuma – yli 21 500 kävijää7.10.2026 11:05:00 EEST | Tiedote
Tutkijoiden yötä vietettiin syyskuun viimeisenä perjantaina 25.9.2026 kaikkiaan kahdeksalla paikkakunnalla Helsingistä Sodankylään. Hämeenlinnassa tapahtuma järjestettiin 2.10. Tapahtumassa saatiin uusia tiede-elämyksiä, kokeiltiin itse tutkimuksen tekemistä sekä keskusteltiin innostuneiden tieteentekijöiden kanssa. Mukana oli jälleen satoja tutkijoita ympäri Suomen. Kävijöitä päivän ja yön aikana erilaisiin tapahtumiin osallistui yhteensä yli 21 500. Tapahtuman teemana oli tänä vuonna uteliaisuus.
Valtakunnallinen hanke kehittää kyberturvallisuuden jatkuvaa oppimista 1,1 miljoonan rahoituksella5.10.2026 09:00:00 EEST | Tiedote
Jyväskylän yliopisto koordinoi 1,1 miljoonan euron hanketta, joka tähtää kyberturvallisuusalan jatkuvan oppimisen koulutuksen kehittämiseen Suomessa. Muut hankkeen toteuttajat ovat Helsingin yliopisto, Lappeenrannan-Lahden teknillinen yliopisto, Oulun yliopisto, Tampereen yliopisto, Turun yliopisto, Vaasan yliopisto ja Åbo Akademi. Hankkeen päätavoitteena on suunnata kyberturvallisuuskoulutusta aiempaa enemmän työelämän tarpeisiin jatkuvan oppimisen periaatteiden mukaisesti.
Tutkimus: Tekoälytaidot eivät yksin riitä – koulun pitäisi auttaa tekemään viisaita valintoja5.10.2026 07:45:00 EEST | Tiedote
Tekoälyn käyttöä opetellaan kouluissa, mutta miksi tekoälyyn liittyvää opetusta on tärkeä järjestää? Jyväskylän yliopiston tutkijoiden mukaan oppilaiden tekoälyosaamisen kehittäminen ei riitä, vaan heitä tulee samalla rohkaista pohtimaan, miten he itse haluavat käyttää tekoälyä ja millaisen roolin he sille omassa elämässään antavat.
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