Ученые показали первые изображения атомов, «плавающих» в жидкости — видео
Используя наложение материалов, настолько тонких, что они считаются двумерными, ученые наблюдали, как атомы платины «плавают» по поверхности под разным давлением. Научная статья опубликована в Nature, о ней сообщает ScienceAlert.
Результаты помогут лучше понять, как присутствие жидкости меняет поведение твердого тела, с которым оно находится в контакте, что, в свою очередь, может иметь последствия для разработки новых веществ и материалов.
«Учитывая широкое промышленное и научное значение, поистине удивительно, как много нам еще предстоит узнать об основах поведения атомов на поверхностях, контактирующих с жидкостями. Одной из причин отсутствия информации является отсутствие методов, способных дать экспериментальные данные для границы "твердое тело-жидкость"», — объяснила материаловед Сара Хей из Манчестерского университета в Великобритании.
Когда твердое тело и жидкость соприкасаются друг с другом, поведение обоих материалов изменяется там, где они встречаются. Эти взаимодействия важны для понимания широкого спектра процессов. Например, как разные материалы воздействуют на тело человека изнутри или как движутся ионы внутри батареек.
Крайне сложно рассматривать мир в атомном масштабе. Трансмиссионная электронная микроскопия (ТЭМ), в которой для создания изображения используется пучок электронов, является одним из немногих доступных методов. Но даже в этом случае получить достоверные данные о поведении атомов непросто.
Была разработана форма ТЭМ для работы в жидких и газообразных средах. Следующим шагом было создание специального набора «препаратов» микроскопа для содержания атомов. Графен — идеальный материал для этих экспериментов, потому что он двумерный, прочный, инертный и непроницаемый.
Ячейка была заполнена точно контролируемым раствором соленой воды, содержащим атомы платины. Ученые также наблюдали за их движением по твердой поверхности дисульфида молибдена.
В жидкости атомы двигались быстрее, чем вне ее, и выбирали для отдыха разные места на твердой поверхности. Кроме того, результаты внутри и снаружи вакуумной камеры были разными, что позволяет предположить, что изменения давления окружающей среды могут влиять на поведение атомов. Более того, результаты экспериментов, полученные в вакуумных камерах, не редко повторяют то, что получалось при обычном давлении.
«Чаще всего поведение атомов исследуется в вакууме, наше исследование показало, что в этом случае результаты будут не очень корректными. Сейчас мы работаем над созданием материалов, которые помогут выработке "зеленой энергии", а конкретно "зеленого водорода"», — сказал инженер-материаловед Ник Кларк из Манчестерского университета.