Ученые показали первые изображения атомов, «плавающих» в жидкости

Движение отдельных атомов через жидкость впервые было заснято камерой.

Используя сэндвич из настолько тонких материалов, что они фактически являются двухмерными, ученые поймали и наблюдали «плавание» атомов платины. ‘ вдоль поверхности под разным давлением.

Результаты помогут нам лучше понять, как присутствие жидкости изменяет поведение твердого тела, с которым оно находится в контакте, что, в свою очередь, имеет последствия, которые могли бы в разработка новых веществ и материалов.

«Учитывая широкое промышленное и научное значение такого поведения, поистине удивительно, как много нам еще предстоит узнать об основах поведения атомов на поверхностях, контактирующих с жидкостями. , — объяснила материаловед Сара Хей из Манчестерского университета в Великобритании.

«Одной из причин отсутствия информации является отсутствие методов, позволяющих получить экспериментальные данные для границ раздела твердое тело-жидкость».

p>

Когда твердое тело и жидкость находятся в контакте с друг с другом поведение обоих материалов изменяется там, где они встречаются. Эти взаимодействия важны для понимания широкого спектра процессов и приложений, таких как транспортировка материалов внутри нашего тела или движение ионов внутри батарей.

Как отмечают исследователи, чрезвычайно сложно смотреть на мир в атомном масштабе. Трансмиссионная электронная микроскопия (ПЭМ), в которой для создания изображения используется пучок электронов, является одним из немногих доступных методов.

Даже в этом случае получить надежные данные о поведении атомов таким способом было сложно. Предыдущая работа с графеновыми жидкими ячейками была многообещающей, но дала противоречивые результаты. Кроме того, для работы ПЭМ обычно требуется среда с высоким вакуумом. Это проблема, поскольку многие материалы ведут себя по-разному в разных условиях давления.

К счастью, была разработана форма ПЭМ для работы в жидких и газообразных средах, которую команда использовала для своего исследования. исследования.

Следующим шагом было создание специального набора «предметных стекол» микроскопа для содержания атомов. Графен — идеальный материал для этих экспериментов, потому что он двумерный, прочный, инертный и непроницаемый. Основываясь на предыдущей работе, команда разработала двойную графеновую жидкую ячейку, способную работать с существующей технологией ПЭМ.

Эта ячейка была заполнена точно контролируемым раствором соленой воды, содержащим атомы платины, которые команда наблюдала за движением. на твердой поверхности дисульфида молибдена.

Изображения выявили некоторые интересные идеи. Например, атомы двигались в жидкости быстрее, чем вне ее, и выбирают для отдыха разные места на твердой поверхности.

Кроме того, результаты внутри и снаружи вакуумной камеры были разными, что позволяет предположить, что вариации давление окружающей среды может влиять на поведение атомов. Более того, результаты экспериментов, полученных в вакуумных камерах, не обязательно будут свидетельствовать о таком поведении в реальном мире.

«В нашей работе мы показываем, что при изучении поведения атомов в вакууме предоставляется вводящая в заблуждение информация. вместо использования наших жидких элементов», — сказал инженер по материалам Ник Кларк из Манчестерского университета.

«Это важное достижение, и это только начало — мы уже пытаемся использовать эту технику для поддержки разработки материалов для устойчивой химической обработки, необходимых для достижения мировых целей по достижению нулевого уровня выбросов».

Материал, который изучила команда, имеет отношение к производству зеленого водорода, но как их методы, так и полученные ими результаты имеют гораздо более широкое значение. последствия, заявили исследователи.

Документ был опубликован в Nature.