מהבחינה הכימית הטהורה, לננו-חלקיקים יש תכונות שונות ממקביליהם הגדולים יותר: הם בעלי שטח-פנים גדול ביחס למסה הקטנה שלהם ומכילים מספר קטן של אטומים. שילוב זה עשוי להניב השפעות קוונטיות שתוכלנה לשנות את תכונותיהם של החומרים. לדוגמא, חומרים קראמיים העשויים ננו-חלקיקים עלולים להפוך פתאום לכפופים, או שגוש זהב צבוע בזהוב בעוד שחלקיקי ננו-כסף הופכים אדמדמים.
התכונות הכימיות והפיסיקליות של ננו-חלקיקים נקבעות בהתאם לתצורה התלת-מימדית שלהם, למבנה האטומי שלהם ובמיוחד בהתאם להרכב פני-השטח שלהם. במחקר שנערך ע”י החוקר הגרמני Marta Rossell מאוניברסיטת ETH נקבע עתה המבנה התלת-ממדי של ננו-חלקיקים פרטניים ברמה האטומית שלהם. השיטה החדשנית תוכל לסייע בשיפור הבנתנו לגביי המאפיינים של ננו-חלקיקים, לרבות הפעילות והרעילות שלהם.
לשם המחקר שלהם באמצעות מיקרוסקופ אלקטרוני, אשר פורסם לאחרונה בכתב-העת המדעי היוקרתי Nature, החוקרים הכינו ננו-חלקיקי כסף בתוך מצע של אלומיניום. המצע מקל על חיפויים של ננו-החלקיקים מתחת לאלומת האלקטרונים בכיווני הזרמה שונים תוך הגנתם מפני נזק שעלול להיווצר מעוצמתה של האלומה. התנאי המקדים הבסיסי למחקר היה השימוש במיקרוסקופ אלקטרוני מיוחד בעל כושר-הפרדה של פחות מחמישים פיקומטרים, כאשר קוטרו של אטום יחיד הוא כמאה פיקומטרים לערך.
על-מנת להגן עוד יותר על הדגימה, המיקרוסקופ האלקטרוני המיוחד, שמסוגו יש אחדים בלבד ברחבי העולם כולו, הופעל ברמת מתח האצה נמוכה יותר בכדי להפיק תמונות בכושר-הפרדה אטומי.
על בסיס התמונות שהתקבלו, החוקרת Sandra Van Aert מאוניברסיטת אנטוורפן, הפיקה מודלים אשר מחדדים עוד יותר את התמונות ואשר מאפשרים לכמת אותם: התמונות המחודדות אפשרו לספור ממש את אטומי הכסף הפרטניים לאורך כיווני ההיטלים השונים.
בשלב הבא, נתונים אלו סיפקו מידע עבור הבנייה של המודל האטומי של ננו-החלקיק באמצעות אלגוריתם מתמטי מתאים. רק שתי תמונות משלל התמונות שהופקו היו מספיק טובות על מנת לבנות את התצורה התלת-מימדית של ננו-החלקיק, המורכב מ- 784 אטומים. “עד היום, ניתן היה להבחין רק בקווי-המתאר של ננו-החלקיקים וגם זאת רק באמצעות צרוף של תמונות רבות שהתקבלו מהיטלים שונים,” מסביר החוקר.
“השיטה שלנו תוכל להוביל לפיתוחם של יישומים חדשים, כגון האפיון של ננו-חלקיקים שבהם מוטמעים חומרים אחרים בכמויות משתנות,” מציין אחד מהחוקרים. למשל, השיטה תוכל לשמש בעתיד על-מנת לקבוע מהי תצורת האטומים הפעילה ביותר המתקבלת ע”ג פני-שטח הננו-חלקיקים, והאם הם בעלי רעילות או יכולת קטליטית.
