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3D Structure of Nanomaterials under Realistic Conditions

Description du projet

Du vide à la vie réelle, caractériser les changements de forme en 3D des nanomatériaux

Les nanoparticules sont en train de révolutionner des domaines qui vont de la biomédecine à l’énergie et à l’aérospatiale. La surface de ces minuscules matériaux est extrêmement grande par rapport à leur volume, ce qui a deux conséquences importantes. Cela procure aux ingénieurs et aux scientifiques un terrain idéal pour déterminer les interactions qui sous-tendent des procédures telles que la catalyse ou la détection. Cela conduit également à des propriétés exotiques et uniques, inconnues dans les mêmes matériaux sous forme brute, qui peuvent être manipulées afin de générer de nouvelles fonctionnalités et de nouveaux dispositifs très prometteurs. Toutefois, pour adapter rationnellement les propriétés des nanomatériaux 3D, nous devons connaître la façon dont ils interagissent dans les conditions sous lesquelles nous nous attendons à ce qu’ils fonctionnent. REALNANO développe les outils nécessaires à cette fin, également capables d’évaluer les changements dynamiques tels que ceux qui se produisent au fil des variations de température. Ces connaissances aideront les concepteurs de différents domaines à concevoir des produits stables face au changement.

Objectif

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.

Régime de financement

ERC-COG - Consolidator Grant

Institution d’accueil

UNIVERSITEIT ANTWERPEN
Contribution nette de l'UE
€ 2 000 000,00
Adresse
PRINSSTRAAT 13
2000 Antwerpen
Belgique

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Région
Vlaams Gewest Prov. Antwerpen Arr. Antwerpen
Type d’activité
Higher or Secondary Education Establishments
Liens
Coût total
€ 2 000 000,00

Bénéficiaires (1)