Onderzoek Juliette Zito

Abstract

De volgende generatie perovskiet-nanokristallen (PNC's), met verbeterde opto-elektronische eigenschappen en stabiliteit, wordt verwacht voort te komen uit het beheersen van hun oppervlakte-terminaties, grensvlakken met andere materialen en compositievariaties. Het bereiken van deze doelen vereist een gedetailleerd inzicht in hun driedimensionale (3D) atomaire structuur—vooral in de posities van atomen, chemische samenstelling en bindingen. Huidige methoden zijn meestal gebaseerd op een kwalitatieve interpretatie van tweedimensionale (2D) transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) beelden, die cruciale informatie over diepte en dikte missen. Dit project heeft als doel om deze beperkingen te overwinnen door een nieuwe ontwikkeling die geavanceerde TEM-kwantificatie combineert met 3D moleculaire modellering, specifiek ontworpen voor perovskiet-nanomaterialen. Op deze manier zal ik de kloof overbruggen tussen de lengteschalen die experimenteel gekarakteriseerd worden en die via theoretische simulaties toegankelijk zijn. Zo zal ik experimenteel gevalideerde 3D-modellen met atomaire precisie construeren voor een reeks nieuwe PNC's—variërend van morfologisch unieke en heterostructuur PNC's tot compositioneel gemengde systemen. Deze modellen zullen cruciale inzichten bieden om PNC's op maat te ontwerpen en voor toepassingen in velden zoals lichtemitterende apparaten, fotovoltaïsche cellen en katalyse.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Van Aert Sandra
• Co-promotor: Bals Sara
• Mandaathouder: Zito Juliette

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Chirale kenmerken in metalen nanodeeltjes resulteren in chiroptische eigenschappen die van belang zijn voor veel toepassingen, zoals enantioselectieve katalyse of scheiding, chirale detectie of medicijnafgifte. Deze toepassingen komen voort uit de verschillende interacties van chirale plasmonische nanodeeltjes met links- en rechtshandig circulair gepolariseerd licht (CPL). De ontwikkeling van nanodeeltjes met complexe structuren en morfologieën is daarom een belangrijk veld binnen de nanotechnologie. De eigenschappen van chirale nanomaterialen worden meestal gekarakteriseerd door het meten van hun circulair dichroïsme (CD), dat de interactie van een ensemble van deeltjes met CPL kwantificeert. Meerdere factoren kunnen echter aan de oorsprong liggen van het opgenomen CD-signaal, zoals een spiraalvormige morfologie, chirale kenmerken in de kristallijne structuur of de aanwezigheid van chirale moleculen op of nabij het oppervlak van de chirale nanodeeltjes. Er is momenteel echter nog geen consensus hoe de verschillende factoren bijdragen. Om nanodeeltjes met op maat gemaakte chiroptische eigenschappen te verkrijgen, is het dus belangrijk om het verband tussen het CD-signaal en de morfologie van de nanodeeltjes te begrijpen. Transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) is een uitstekende techniek om de structuur van nanomaterialen te onderzoeken. Verschillende experimenten, binnen het expertisegebied van EMAT, kunnen worden uitgevoerd om de morfologie, structuur of eigenschappen van chirale nanodeeltjes te onderzoeken. Voorbeelden hiervan zijn 3D structurele karakterisering door middel van scanning elektronenmicroscopie (SEM), elektronentomografie in reële en reciproke ruimte en elektronenbundel-geïnduceerde stroommetingen (SEEBIC). Bovendien is er nog steeds discussie in het veld over de toepassing van elektronenenergieverliesspectroscopie (EELS) om chirale kenmerken van nanodeeltjes te meten. Hoewel deze technieken bij EMAT al worden ontwikkeld in het kader van andere projecten, zal hun gecombineerde toepassing op chirale nanodeeltjes nog verder ontwikkeld moeten worden. Identificatie van chirale oppervlaktefacetten is momenteel bijvoorbeeld onmogelijk vanwege een gebrek aan 3D-resolutie door elektronentomografie of SEEBIC. Visualisatie van chirale moleculen en micellen die aan de oorsprong liggen van de groei van chirale nanodeeltjes is een andere uitdaging die de ontwikkeling van lage-dosis beeldvormingstechnieken vereist, bovendien gecombineerd met in situ TEM om een relevante, vloeibare omgeving te genereren. Bovendien moeten kwantificeringsprocedures, b.v. om de mate van heliciteit te definiëren, worden ontwikkeld. Dergelijke computationele technieken, onder andere gebaseerd op het gebruik van het trainen van een neuraal netwerk en het modelleren van de verbinding tussen structuur en eigenschappen, zijn uitdagende aspecten, maar de knowhow om getalenteerde postdocs te helpen de huidige beperkingen te overwinnen, is beschikbaar binnen EMAT.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara
• Co-promotor: Lamoen Dirk
• Co-promotor: Verbeeck Johan
• Mandaathouder: Zito Juliette

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject