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Representación esquemática de la nanotermometría de catodoluminiscencia (CL). CREDITUNISTA |
Abstracto:
El profesor Oh-Hoon Kwon y su equipo de investigación en el Departamento de Química de la UNIST han desarrollado un método innovador para medir la temperatura de muestras de tamaño nanométrico en un microscopio electrónico de transmisión (TEM). Esta innovadora tecnología, que utiliza nanotermómetros basados en espectroscopia de catodoluminiscencia (CL), abre nuevas posibilidades para analizar las propiedades termodinámicas de muestras finas y promueve el desarrollo de materiales de alta tecnología.
Termometría CL a nanoescala con óxido de metal pesado dopado con lantánidos en TEM
Ulsan, Corea del Sur | Publicado el 8 de marzo de 2024
Utilizando el microscopio electrónico de transmisión, los investigadores pueden observar muestras con un aumento de cientos de miles de veces enviando un haz de electrones de onda corta a través de la muestra. Al detectar la luz emitida por la muestra mediante espectroscopia de emisión de rayos catódicos, los investigadores pueden analizar con precisión las propiedades físicas y ópticas de la muestra a escala nanométrica.
Los nanotermómetros recientemente desarrollados se basan en la variación de intensidad dependiente de la temperatura de una banda específica de emisión de rayos catódicos de iones de europio (Eu3+). Al sintetizar nanopartículas dopadas con iones de europio dentro de óxido de gadolinio (Gd2O3), el equipo de investigación aseguró que el daño causado por el haz de electrones fuera mínimo, lo que permitió realizar experimentos a largo plazo.
Mediante análisis dinámico, el equipo confirmó que la relación de intensidad de la banda emisora de luz de iones de europio es un indicador fiable de la temperatura, con un impresionante error de medición de aproximadamente 4 ℃ utilizando partículas de nanotermómetro de aproximadamente 100 nanómetros de tamaño. Este método proporciona más del doble de precisión que las técnicas tradicionales de medición de temperatura TEM y mejora significativamente la resolución espacial.
Además, el equipo demostró la aplicabilidad de los nanotermómetros al inducir cambios de temperatura con un láser dentro del TEM y al mismo tiempo medir la temperatura y las fluctuaciones estructurales en tiempo real. Esta capacidad permite el análisis de propiedades termodinámicas a escala nanométrica en respuesta a estímulos externos sin comprometer las técnicas de análisis TEM estándar.
Won-Woo Park, el primer autor del estudio, enfatizó la naturaleza no invasiva del proceso de medición de temperatura y enfatizó que la interacción entre el haz de electrones de transmisión y las partículas del nanotermómetro permite la detección de temperatura en tiempo real sin interferir con las imágenes TEM. . Señaló: «La gran ventaja del nanómetro desarrollado es que el proceso de medición de la temperatura no interfiere con el análisis del microscopio electrónico de transmisión existente», y agregó: «Dado que la temperatura se mide usando luz, un subproducto causado por la interacción entre la transmisión y transmisión «El haz de electrones y las partículas nanométricas permiten medir la imagen del microscopio electrónico de transmisión y registrar la temperatura en tiempo real.»
Subrayando la importancia de esta investigación, el profesor Kwon afirmó: «Los indicadores de medición de temperatura desarrollados, combinados con técnicas de imágenes en tiempo real, facilitan la observación de los cambios de temperatura locales en respuesta a estímulos externos». Y añadió: «Se espera que este avance contribuir significativamente al desarrollo de materiales de alta tecnología como lo hacen las baterías secundarias y las pantallas”.
Los resultados de esta investigación se publicaron en la versión online de ACS Nano el 30 de enero de 2024. Esta investigación fue posible gracias al apoyo de la Fundación de Ciencia y Tecnología de Samsung.
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