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3D Structure of Nanomaterials under Realistic Conditions

Descripción del proyecto

Caracterización de los cambios de forma tridimensionales en los nanomateriales, sin recurrir al vacío y en la vida real

Las nanopartículas están revolucionando la biomedicina, la energía y la industria aeroespacial. Estos materiales diminutos tienen unas superficies extremadamente grandes en relación con sus volúmenes, lo que posibilita dos cuestiones importantes. Por un lado, proporcionan a los ingenieros y científicos muchas plataformas de primera calidad en las que establecer las interacciones subyacentes a procedimientos como la catálisis o la detección. Por otra parte, dan lugar a propiedades exóticas y particulares que no se ven en los mismos materiales en sus formas a granel y que pueden manipularse para obtener funcionalidades y dispositivos nuevos y fascinantes. Sin embargo, para adaptar de manera racional las propiedades de los nanomateriales tridimensionales, debemos saber cómo interactúan en las condiciones en las que esperamos que funcionen. En el proyecto REALNANO se están desarrollando las herramientas necesarias para lograr justamente eso e incluso para evaluar los cambios dinámicos como los que ocurren al variar la temperatura. Esta información ayudará a los diseñadores de todos los campos a alcanzar la estabilidad frente a los cambios.

Objetivo

The properties of nanomaterials are essentially determined by their 3D structure. Electron tomography enables one to measure the morphology and composition of nanostructures in 3D, even at atomic resolution. Unfortunately, all these measurements are performed at room temperature and in ultra-high vacuum, which are conditions that are completely irrelevant for the use of nanoparticles in real applications! Moreover, nanoparticles often have ligands at their surface, which form the interface to the environment. These ligands are mostly neglected in imaging, although they strongly influence the growth, thermal stability and drive self-assembly.

I will develop innovative and quantitative 3D characterisation tools, compatible with the fast changes of nanomaterials that occur in a realistic thermal and gaseous environment. To visualise surface ligands, I will combine direct electron detection with novel exit wave reconstruction techniques.

Tracking the 3D structure of nanomaterials in a relevant environment is extremely challenging and ambitious. However, our preliminary experiments demonstrate the enormous impact. We will be able to perform a dynamic characterisation of shape changes of nanoparticles. This is important to improve thermal stability during drug delivery, sensing, data storage or hyperthermic cancer treatment. We will provide quantitative 3D measurements of the coordination numbers of the surface atoms of catalytic nanoparticles and follow the motion of individual atoms live during catalysis. By visualising surface ligands, we will understand their fundamental influence on particle shape and during self-assembly.

This program will be the start of a completely new research line in the field of 3D imaging at the atomic scale. The outcome will certainly boost the design and performance of nanomaterials. This is not only of importance at a fundamental level, but is a prerequisite for the incorporation of nanomaterials in our future technology.

Régimen de financiación

ERC-COG - Consolidator Grant

Institución de acogida

UNIVERSITEIT ANTWERPEN
Aportación neta de la UEn
€ 2 000 000,00
Dirección
PRINSSTRAAT 13
2000 Antwerpen
Bélgica

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Región
Vlaams Gewest Prov. Antwerpen Arr. Antwerpen
Tipo de actividad
Higher or Secondary Education Establishments
Enlaces
Coste total
€ 2 000 000,00

Beneficiarios (1)