מדענים חושפים את התמונות הראשונות של אטומים 'שוחים' בנוזל

תא נוזלי גרפן כפול. (קלארק וחב', אוניברסיטת מנצ'סטר)

התנועה של אטומים בודדים דרך נוזל נתפסה במצלמה בפעם הראשונה.

באמצעות סנדוויץ' של חומרים כה דקים שהם למעשה דו מימדיים, מדענים לכדו וצפו באטומי פלטינה 'שוחים' לאורך משטח בלחצים שונים.

התוצאות יעזרו לנו להבין טוב יותר כיצד נוכחות של נוזל משנה את ההתנהגות של מוצק איתו הוא נמצא במגע - אשר, בתורו, יש השלכות שיכולות להיות בפיתוח של חומרים וחומרים חדשים.

'בהתחשב בחשיבות התעשייתית והמדעית הנרחבת של התנהגות כזו, זה באמת מפתיע עד כמה אנחנו עדיין צריכים ללמוד על היסודות של איך אטומים מתנהגים על משטחים במגע עם נוזלים,' הסבירה מדענית החומרים שרה היי מאוניברסיטת מנצ'סטר בבריטניה.

'אחת הסיבות שחסר מידע היא היעדר טכניקות המסוגלות להניב נתונים ניסיוניים עבור ממשקי מוצק-נוזל.'

כאשר מוצק ונוזל נמצאים במגע זה עם זה, ההתנהגויות של שני החומרים משתנות במקום שבו הם נפגשים. אינטראקציות אלו חשובות להבנת מגוון רחב של תהליכים ויישומים, כגון הובלת חומרים בתוך גופנו שלנו או תנועת יונים בתוך סוללות.

כפי שמציינים החוקרים, קשה מאוד לראות את העולם בקנה מידה אטומי. מיקרוסקופ אלקטרונים העברה (TEM), המשתמשת בקרן אלקטרונים ליצירת תמונה, היא אחת הטכניקות הבודדות הזמינות.

למרות זאת, השגת נתונים אמינים על התנהגות אטומים בדרך זו הייתה מסובכת. עבודה קודמת ב גרפן תאים נוזליים מבטיחים, אך הניבו תוצאות לא עקביות. בנוסף, TEM בדרך כלל דורש סביבת ואקום גבוה כדי לפעול. זוהי בעיה שכן חומרים רבים אינם מתנהגים באותה צורה בתנאי לחץ שונים.

למרבה המזל פותחה סוג של TEM לפעול בסביבות נוזליות וגזים, וזה מה שהצוות השתמש למחקר שלהם.

השלב הבא היה ליצור סט מיוחד של 'שקפיות' מיקרוסקופ שיכילו את האטומים. גרפן הוא החומר האידיאלי לניסויים אלה, מכיוון שהוא דו מימדי, חזק, אינרטי ואטום. בהתבסס על עבודה קודמת, הצוות פיתח תא נוזלי גרפן כפול המסוגל לעבוד עם טכנולוגיית TEM קיימת.

תא זה היה מלא בתמיסת מי מלח מבוקרת במדויק המכילה אטומי פלטינה, שהצוות ראה נע סביב משטח מוצק של מוליבדן דיסולפיד.

התמונות חשפו כמה תובנות מרתקות. לדוגמה, האטומים נעו מהר יותר בנוזל מאשר מחוצה לו, ובוחרים מקומות שונים על פני השטח המוצקים למנוחה.

בנוסף, התוצאות בתוך ומחוץ לתא ואקום היו שונות, מה שמצביע על כך ששינויים בלחץ הסביבה יכולים להשפיע על אופן הפעולה של האטומים. יתרה מכך, תוצאות של ניסויים שהושגו בתאי ואקום לא בהכרח יעידו על התנהגות זו בעולם האמיתי.

'בעבודתנו אנו מראים שמידע מטעה מסופק אם ההתנהגות האטומית נחקרת בוואקום במקום להשתמש בתאים הנוזליים שלנו', אמר מהנדס החומרים ניק קלארק של אוניברסיטת מנצ'סטר.

'זהו הישג אבן דרך וזה רק ההתחלה - אנחנו כבר מחפשים להשתמש בטכניקה הזו כדי לתמוך בפיתוח חומרים לעיבוד כימי בר קיימא, הדרושים כדי להשיג את שאיפות האפס נטו של העולם.'

החומר שהצוות חקר רלוונטי לייצור מימן ירוק, אבל גם לטכניקות שלהם וגם לתוצאות שהם השיגו יש השלכות הרבה יותר רחבות, אמרו החוקרים.

העיתון פורסם ב טֶבַע .

אודותינו

פרסום עובדות עצמאיות ומוכחות של דיווחים על בריאות, מרחב, טבע, טכנולוגיה וסביבה.