Nanopartikkeleilla on useita ominaisuuksia, joita ei pystytä selittämään klassisella kemialla tai kiinteän olomuodon fysiikan teorioilla. Useat näistä ominaisuuksista ovat hyödyllisiä ja mahdollistavat nanopartikkelien käytön sovelluksissa, kuten korkean tiheyden magneettisissa tallennusvälineissä,lääkkeenannostajina, lääketieteellisissä diagnostiikkalaitteissa, kiinteissä polttoaineissa ja pigmentteinä sekä keramiikassa että maaleissa.
Metallinanopartikkelien koko, muoto ja hapetusaste riippuvat niiden valmistamiseen käytetystä synteesimenetelmästä. Tässä työssä tutkitaan ensinnäkin reagoimattomaan selluloosamatriisiin syntetisoituja nikkelipartikkeleita. Selluloosamatriisin tarkoitus on toimia nanoreaktorina nikkelipartikkelien muodostumisessa ja suojata niitä sekä hapettumiselta että muilta kemiallisilta reaktioilta. Lisäksi työssä tutkitaan hopea-kobolttipartikkeleita, joissa jalometalli hopean on tarkoitus muodostaa hapettumiselta suojaava kuori kobolttinanopartikkelin ympärille.
Työssä tutkitaan edellä mainittuja nanorakenteita ensisijaisesti röntgenfysiikan kokeellisilla menetelmillä. Työssä käytetään anomaalisen pienkulmasironnan tekniikkaa, jonka avulla pystytään erottamaan toisistaan näytteen eri faasien pienkulmasironnasta saatava informaatio. Lisäksi käytetään anomaalista pienkulmasirontaa tukevia mittaustekniikoita, kuten laajakulmasirontaa, röntgenabsorptiospektroskopiaa ja elektronimikroskopiaa.
Anomaalinen pienkulmasironta on näyte- ja mittausteknisesti erittäin vaativa mittaustekniikka, ja pienetkin tilastolliset virheet mittauksissa vääristävät tuloksia. Työssä esitetään pienkulmasironnan mallintamiseen ja Monte Carlo -simulointeihin perustuva menetelmä, jonka avulla huonon tilastollisen tarkkuuden mittauksista saadaan ratkaistua luotettavasti oikeita tuloksia, kun nanorakenteesta on riittävästi a priori-tietoa.
Tulosten mukaan nikkelipartikkelit olivat pääosin nanokiteisessä tai amorfisessa metallisessa faasissa ja selluloosamatriisin rakenne ei muuttunut synteesissä. Selluloosa siis toimi tehokkaasti reagoimattomana matriisina nikkelipartikkeleille ja suojasi näitä hapettumiselta. Nikkelipartikkelien tilavuusjakaumista ratkaistut partikkelien halkaisijan odotusarvot olivat näytteestä riippuen 12-24 nanometriä ja nikkelin massaosuudet näytteissä olivat 5-10%. Tuloksia vertailemalla havaittiin lineaarisia riippuvuussuhteita eri mittaustekniikoilla määritettyjen suureiden välillä.
Hopea-kobolttipartikkeleissa ei tämän työn tuloksien perusteella syntynyt kobolttia suojaavaa kuori-ydin-rakennetta. Sen sijaan ehdotetaan malleja, joissa kobolttiklustereita on muodostunut hopeapartikkelin pinnalle tai joissa koboltti ja hopea muodostavat kaksi erillistä faasia. Mallista riippumatta partikkelien keskimääräiseksi halkaisijaksi arvioitiin 5-6 nanometriä.
