(Nanowerk-Neuigkeiten) Eine bahnbrechende Methode zur Messung der Temperatur nanometergroßer Proben innerhalb eines Transmissionselektronenmikroskop (TEM) wurde von Professor Oh-Hoon Kwon und seinem Forschungsteam im Fachbereich Chemie der UNIST entwickelt. Diese innovative Technologie, die Nanothermometer auf Basis der Kathodolumineszenzspektroskopie (CL) nutzt, eröffnet neue Möglichkeiten zur Analyse der thermodynamischen Eigenschaften feiner Proben und treibt die Entwicklung von High-Tech-Materialien voran. Die Ergebnisse dieser Forschung wurden in veröffentlicht ACS Nano („Nanoskalige Kathodolumineszenzthermometrie mit einem Lanthanid-dotierten Schwermetalloxid in der Transmissionselektronenmikroskopie“). Schematische Darstellung der Kathodolumineszenz (CL)-Nanothermometrie. (Bild: UNIST) Mit dem Transmissionselektronenmikroskop können Forscher Proben mit hunderttausendfacher Vergrößerung beobachten, indem sie einen kurzwelligen Elektronenstrahl durch die Probe schicken. Durch die Erfassung des von der Probe emittierten Lichts mittels Kathodenstrahlemissionsspektroskopie können Forscher die physikalischen und optischen Eigenschaften der Probe im Nanometerbereich genau analysieren. Die neu entwickelten Nanothermometer basieren auf der temperaturabhängigen Intensitätsvariation einer spezifischen Kathodenstrahlemissionsbande von Europiumionen (Eu3+). Durch die Synthese von mit Europiumionen dotierten Nanopartikeln in Gadoliniumoxid (Gd2O3) stellte das Forschungsteam sicher, dass der Schaden durch den Elektronenstrahl minimal war, was Langzeitexperimente ermöglichte. Durch dynamische Analyse bestätigte das Team, dass das Intensitätsverhältnis des lichtemittierenden Bandes von Europiumionen ein zuverlässiger Indikator für die Temperatur ist, mit einem beeindruckenden Messfehler von etwa 4 °C bei Verwendung von Nano-Thermometerpartikeln mit einer Größe von etwa 100 Nanometern. Diese Methode bietet mehr als die doppelte Genauigkeit herkömmlicher TEM-Temperaturmesstechniken und verbessert die räumliche Auflösung erheblich. Darüber hinaus demonstrierte das Team die Anwendbarkeit der Nanothermometer, indem es Temperaturänderungen mit einem Laser innerhalb des TEM induzierte und gleichzeitig Temperatur- und Strukturschwankungen in Echtzeit maß. Diese Fähigkeit ermöglicht die Analyse thermodynamischer Eigenschaften auf Nanometerebene als Reaktion auf externe Reize, ohne die Standardverfahren der TEM-Analyse zu beeinträchtigen. Won-Woo Park, der Erstautor der Studie, betonte den nicht-invasiven Charakter des Temperaturmessprozesses und betonte, dass die Wechselwirkung zwischen dem Transmissionselektronenstrahl und den Nano-Thermometer-Partikeln eine Echtzeit-Temperaturerfassung ermöglicht, ohne die TEM-Bildgebung zu stören. Er bemerkte: „Der große Vorteil des entwickelten Nanometers besteht darin, dass der Temperaturmessprozess die bestehende Transmissionselektronenmikroskopanalyse nicht beeinträchtigt“, und fügte hinzu: „Da die Temperatur mithilfe von Licht gemessen wird, einem Nebenprodukt, das durch die Wechselwirkung zwischen der Transmission und der Übertragung entsteht.“ Elektronenstrahl und Nanometerteilchen ist es möglich, das Bild des Transmissionselektronenmikroskops zu messen und die Temperatur in Echtzeit zu erfassen.“ Professor Kwon unterstrich die Bedeutung dieser Forschung und erklärte: „Die entwickelten Temperaturmessindikatoren erleichtern in Kombination mit Echtzeit-Bildgebungstechniken die Beobachtung lokaler Temperaturänderungen als Reaktion auf äußere Reize.“ Er erklärte weiter: „Dieser Fortschritt wird voraussichtlich erheblich zur Entwicklung von High-Tech-Materialien wie Sekundärbatterien und Displays beitragen.“

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• Quelle: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64811.php