In addition to their main components, the properties of crystalline and nanoporous materials often depend crucially on guest atoms or ions that are embedded in the tiny pores of their lattice structure. This applies to high-tech materials used in sensor o
除了它们的主要成分外，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孔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，蓝宝石海蓝宝石将是无色的
很难确定客体成分的类型和位置，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领导的团队开发了一种新方法，现在可以用更少的辐射完成这项工作，因此更容易。研究人员在《通讯材料》杂志上发表了他们的发现
Daniel Knez说：“我们方法的独特性在于，我们可以根据单个电子显微镜图像确定离子在晶体通道或纳米孔中的三维分布。”
海蓝宝石的神秘蓝色研究人员在分析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，单个铁原子被卡在孔隙中，并由此产生这种效应。但这一说法现在已被驳斥。在他们的实验中，研究人员毫无疑问地确定了孔隙中没有铁，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中
以原子分辨率为基础的单一图像
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。如果它碰到储存在那里的离子，它们就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，并估计它们在孔中的深度
对这些数据进行统计分析，并将其与晶体结构的大量模拟进行比较，以便能够估计影响测量信号的各种因素
创新方法为材料科学开辟了新的可能性除了基础研究，新方法还适用于新材料的有针对性开发。Ferdinand Hofer说：“我们的方法可以用于精确确定掺杂元素的位置，即靶向功能控制添加剂，在沸石或金属有机框架化合物等纳米多孔材料中的位置。”
这有助于优化未来电池中的（单原子）催化剂和固态电解质，或开发用于控制药物吸收的生物医学应用