激光网3月22日消息，除了其主要成分外，晶体和纳米多孔材料的性质通常主要取决于嵌入其晶格结构微小孔隙中的客体原子或离子。这适用于传感器或分离技术中使用的高科技材料以及天然材料。例如，如果没有这些客体成分，蓝色宝石海蓝宝石将是无色的。
确定客体组件的类型和位置很困难，因为许多材料对电子显微镜的辐射发射反应敏感。
由于格拉茨理工大学电子显微镜和纳米分析研究所的Daniel Knez和Ferdinand Hofer领导的团队开发的一种新方法，现在可以用更少的辐射来完成，因此要容易得多。研究人员将他们的研究结果发表在《通讯材料》杂志上。
“我们方法的独特之处在于，我们可以根据单个电子显微镜图像确定晶体通道或纳米孔中离子的三维分布，”Daniel Knez说。
研究人员在分析宝石海蓝宝石时开发了他们的方法。直到现在，人们还不知道赋予石头蓝色的铁在水晶中的确切位置。
一种假设是，单个铁原子卡在孔隙中并从那里产生这种效应。但这现在已被驳斥。在他们的实验中，研究人员毫无疑问地确定孔隙中没有铁，而是铯离子。赋予颜色的铁原子位于铯离子附近，但被整合到晶格的柱子中。
在他们的实验中，研究人员使用扫描透射电子显微镜ASTEM显微镜以原子分辨率记录了海蓝宝石晶体的所谓Z对比度图像。ASTEM显微镜的电子束聚焦在晶体样品的表面，也穿透到材料的孔隙中。如果它击中存储在那里的离子，它们会在图像中显示为亮点。
根据与空孔和相邻晶格结构的对比强度，研究人员可以确定嵌入离子的类型，并估计它们在孔隙中的位置有多深。
对这些数据进行了统计分析，并与大量晶体结构模拟进行了比较，以便能够估计影响测量信号的各种因素。
除基础研究外，新方法还适用于新材料的有针对性开发。Ferdinand Hofer说：“我们的方法可用于精确确定掺杂元素在纳米多孔材料中的位置。
这有助于优化未来电池中的催化剂和固态电解质，或开发用于控制药物摄取的生物医学应用。
