خلية سائلة مزدوجة من الجرافين. (كلارك وآخرون ، جامعة مانشستر) التقطت الكاميرا لأول مرة حركة ذرات مفردة عبر السائل.
باستخدام شطيرة من المواد شديدة الرقة بحيث تكون ثنائية الأبعاد بشكل فعال ، حاصر العلماء ولاحظوا ذرات البلاتين 'تسبح' على طول سطح تحت ضغوط مختلفة.
ستساعدنا النتائج على فهم أفضل لكيفية تغيير وجود السائل لسلوك المادة الصلبة التي تكون على اتصال بها - والتي بدورها لها آثار قد تؤدي إلى تطوير مواد ومواد جديدة.
'نظرًا للأهمية الصناعية والعلمية الواسعة النطاق لمثل هذا السلوك ، فمن المدهش حقًا مقدار ما لا يزال يتعين علينا معرفته حول أساسيات كيفية تصرف الذرات على الأسطح الملامسة للسوائل' شرحت عالمة المواد سارة هاي من جامعة مانشستر في المملكة المتحدة.
'أحد أسباب فقدان المعلومات هو عدم وجود تقنيات قادرة على إنتاج بيانات تجريبية للواجهات الصلبة والسائلة.'
عندما تتلامس المادة الصلبة والسائلة مع بعضهما البعض ، يتم تعديل سلوك كلتا المادتين حيث يلتقيان. هذه التفاعلات مهمة لفهم مجموعة واسعة من العمليات والتطبيقات ، مثل نقل المواد داخل أجسامنا أو حركة الأيونات داخل البطاريات.
كما لاحظ الباحثون ، من الصعب للغاية رؤية العالم على المستوى الذري. يعد المجهر الإلكتروني للإرسال (TEM) ، الذي يستخدم شعاعًا من الإلكترونات لإنشاء صورة ، أحد التقنيات القليلة المتاحة.
ومع ذلك ، كان الحصول على بيانات موثوقة عن سلوك الذرات بهذه الطريقة أمرًا صعبًا. عمل سابق في الجرافين كانت الخلايا السائلة واعدة ، لكنها أسفرت عن نتائج غير متسقة. بالإضافة إلى ذلك ، يتطلب TEM عادةً بيئة فراغ عالية للتشغيل. هذه مشكلة لأن العديد من المواد لا تتصرف بنفس الطريقة في ظل ظروف ضغط مختلفة.
لحسن الحظ ، تم تطوير شكل من أشكال TEM للعمل في البيئات السائلة والغازية ، وهو ما وظفه الفريق لأبحاثهم.
كانت الخطوة التالية هي إنشاء مجموعة خاصة من 'الشرائح' المجهرية لاحتواء الذرات. الجرافين هو المادة المثالية لهذه التجارب ، لأنه ثنائي الأبعاد ، قوي ، خامل وغير منفذ. بناءً على العمل السابق ، طور الفريق خلية سائلة مزدوجة من الجرافين قادرة على العمل مع تقنية TEM الحالية.
كانت هذه الخلية مليئة بمحلول ماء مالح مضبوط بدقة يحتوي على ذرات بلاتين ، والذي لاحظ الفريق أنه يتحرك على سطح صلب من ثاني كبريتيد الموليبدينوم.
كشفت الصور عن بعض الأفكار الرائعة. على سبيل المثال ، تحركت الذرات في السائل أسرع من خارجه ، واختارت أماكن مختلفة على السطح الصلب لتستريح.
بالإضافة إلى ذلك ، كانت النتائج داخل وخارج غرفة التفريغ مختلفة ، مما يشير إلى أن الاختلافات في ضغط البيئة يمكن أن تؤثر على كيفية تصرف الذرات. علاوة على ذلك ، فإن نتائج التجارب التي تم الحصول عليها في الغرف المفرغة لن تكون بالضرورة مؤشرًا على هذا السلوك في العالم الحقيقي.
'في عملنا ، نظهر أنه يتم توفير معلومات مضللة إذا تمت دراسة السلوك الذري في الفراغ بدلاً من استخدام الخلايا السائلة لدينا ،' قال مهندس المواد نيك كلارك من جامعة مانشستر.
'هذا إنجاز هام وهو البداية فقط - نحن نتطلع بالفعل لاستخدام هذه التقنية لدعم تطوير المواد اللازمة للمعالجة الكيميائية المستدامة ، اللازمة لتحقيق طموحات العالم الصفرية الصافية.'
قال الباحثون إن المواد التي درسها الفريق ذات صلة بإنتاج الهيدروجين الأخضر ، لكن تقنياتهم والنتائج التي حصلوا عليها لها آثار أوسع بكثير.
تم نشر الورقة في طبيعة سجية .