Celulă lichidă dublă cu grafen. (Clark și colab., Universitatea din Manchester) Mișcarea atomilor unici prin lichid a fost surprinsă de camera pentru prima dată.
Folosind un sandwich de materiale atât de subțiri încât sunt efectiv bidimensionale, oamenii de știință au prins și au observat atomii de platină „înoând” de-a lungul unei suprafețe sub diferite presiuni.
Rezultatele ne vor ajuta să înțelegem mai bine modul în care prezența lichidului modifică comportamentul unui solid cu care este în contact – care, la rândul său, are implicații care ar putea în dezvoltarea de noi substanțe și materiale.
„Având în vedere importanța industrială și științifică pe scară largă a unui astfel de comportament, este cu adevărat surprinzător cât de mult mai avem de învățat despre elementele fundamentale ale modului în care atomii se comportă pe suprafețele în contact cu lichidele.” a explicat cercetătorul în materiale Sarah Haigh de la Universitatea din Manchester din Marea Britanie.
„Unul dintre motivele pentru care lipsesc informațiile este absența tehnicilor capabile să furnizeze date experimentale pentru interfețele solid-lichid”.
Când un solid și un lichid sunt în contact unul cu celălalt, comportamentele ambelor materiale sunt modificate acolo unde se întâlnesc. Aceste interacțiuni sunt importante pentru înțelegerea unei game largi de procese și aplicații, cum ar fi transportul materialelor în interiorul propriului nostru corp sau mișcarea ionilor în interiorul bateriilor.
După cum observă cercetătorii, este extrem de dificil să privim lumea la scară atomică. Microscopia electronică cu transmisie (TEM), care utilizează un fascicul de electroni pentru a genera o imagine, este una dintre puținele tehnici disponibile.
Chiar și așa, obținerea de date fiabile despre comportamentul atomilor în acest fel a fost dificilă. Lucrări anterioare în grafen celulele lichide a fost promițătoare, dar a dat rezultate inconsistente. În plus, TEM necesită de obicei un mediu cu vid înalt pentru a rula. Aceasta este o problemă, deoarece multe materiale nu se comportă la fel în condiții de presiune diferite.
Din fericire, a fost dezvoltată o formă de TEM pentru a funcționa în medii lichide și gazoase, ceea ce echipa a folosit pentru cercetarea lor.
Următorul pas a fost crearea unui set special de „lame” pentru microscop pentru a conține atomii. Grafenul este materialul ideal pentru aceste experimente, deoarece este bidimensional, puternic, inert și impermeabil. Pe baza lucrărilor anterioare, echipa a dezvoltat o celulă lichidă dublă cu grafen, capabilă să lucreze cu tehnologia TEM existentă.
Această celulă a fost umplută cu o soluție de apă sărată controlată cu precizie, care conține atomi de platină, pe care echipa a observat-o mișcându-se pe o suprafață solidă de disulfură de molibden.
Imaginile au dezvăluit câteva perspective fascinante. De exemplu, atomii s-au mișcat mai repede în lichid decât în afara acestuia și aleg diferite locuri de pe suprafața solidă pentru a se odihni.
În plus, rezultatele în interiorul și în exteriorul unei camere de vid au fost diferite, sugerând că variațiile presiunii mediului înconjurător pot influența modul în care se comportă atomii. În plus, rezultatele experimentelor obținute în camerele de vid nu vor fi neapărat indicative ale acestui comportament în lumea reală.
„În munca noastră, arătăm că informațiile înșelătoare sunt furnizate dacă comportamentul atomic este studiat în vid în loc să folosim celulele noastre lichide”, a spus inginerul de materiale Nick Clark de la Universitatea din Manchester.
„Aceasta este o realizare de hotar și este doar începutul – căutăm deja să folosim această tehnică pentru a sprijini dezvoltarea materialelor pentru procesarea chimică durabilă, necesare pentru a atinge ambițiile net zero ale lumii.”
Materialul studiat de echipa este relevant pentru producerea de hidrogen verde, dar atât tehnicile lor, cât și rezultatele pe care le-au obținut au implicații mult mai largi, au spus cercetătorii.
Lucrarea a fost publicată în Natură .