(PhysOrg.com) -- Vätbarhet -- graden i vilken en vätska antingen sprider sig över en yta eller formas till droppar -- är avgörande för en mängd olika processer. Det påverkar, till exempel, hur lätt en bils vindruta immar, och påverkar även funktionen hos avancerade batterier och bränslecellssystem.

Tills nu, det enda sättet att kvantifiera denna viktiga egenskap hos ett materials yta har varit att mäta formerna på de droppar som bildas på det, och denna metod har mycket begränsad upplösning. Men ett team av MIT-forskare har hittat ett sätt att få bilder som förbättrar upplösningen av sådana mätningar med en faktor 10, 000 eller mer, möjliggör oöverträffad precision vid bestämning av detaljerna i interaktionerna mellan vätskor och fasta ytor. Dessutom, den nya metoden kan användas för att studera böjda, strukturerade eller komplexa fasta ytor, något som inte kunde göras tidigare.

"Det här är något som var otänkbart tidigare, säger Francesco Stellacci, Paul M. Cook Karriärutveckling Docent i materialvetenskap och teknik vid MIT, ledare för teamet som utvecklade den nya metoden. "Det låter oss göra en karta över vätningen, " det är, en detaljerad bild av exakt hur vätskan interagerar med ytan ner till nivån för enskilda molekyler eller atomer, i motsats till bara den genomsnittliga interaktionen av hela droppen.

Den nya metoden beskrivs i en artikel som publiceras den 25 april i tidskriften Naturens nanoteknik . Huvudförfattare är postdoktor Kislon Voďtchovsky, och tidningen är medförfattare av Stellacci och andra vid MIT, i England, och i Italien. Stellacci förklarar att förmågan att få så detaljerade bilder är viktig för att studera processer som katalys, korrosion och den interna funktionen hos batterier och bränsleceller, och många biologiska processer såsom interaktioner mellan proteiner.

Till exempel, Voďtchovsky säger, inom biologisk forskning, "du kan ha ett mycket inhomogent prov, med alla möjliga reaktioner på gång överallt. Nu kan vi identifiera vissa specifika områden som utlöser en reaktion.”

Metoden, utvecklat med stöd från Swiss National Science Foundation och Packard Foundation, fungerar genom att ändra programmeringen som styr ett Atomic Force Microscope (AFM). Denna enhet använder en vass spets monterad på en vibrerande konsol, som skannar ytan på ett prov och reagerar på topologi och provets egenskaper för att ge mycket detaljerade bilder. Stellacci och hans team har varierat en viktig avbildningsparameter:De får punkten att vibrera bara några få nanometer (i motsats till tiotals till hundra nanometer, vilket är typiskt).

"Genom att göra så, du förbättrar faktiskt upplösningen av AFM, ” förklarar Stellacci. Den resulterande upplösningen, tillräckligt bra för att kartlägga positionerna för enskilda atomer eller molekyler, är "oöverträffad tidigare med kommersiella instrument, " han säger. En sådan lösning hade varit möjlig tidigare med mycket dyra specialiserade AFM:er, av vilka bara ett fåtal finns i världen, men kan nu motsvaras av de mycket vanligare kommersiella modellerna, som det finns tusentals av. Stellacci och hans kollegor tror att den förbättrade upplösningen beror på hur den vibrerande spetsen får vattnet att upprepade gånger trycka mot ytan och avleda sin energi där, men denna förklaring återstår att testas och bekräftas av andra forskare.

Med sin demonstration av både en 10, 000-faldig förbättring av upplösningen för den specifika funktionen att mäta vätning av ytor och en 20-faldig förbättring av den totala upplösningen för den billigare AFM, Stellacci säger att det inte är klart vilka av dessa applikationer som kommer att få större effekt.

Arvind Raman, en professor och universitetsforskare i maskinteknik vid Purdue University, håller med om att dessa framsteg har betydande potential. Metoden som visades av detta team, som Raman inte var inblandad i, "kan rutinmässigt uppnå atomupplösning på hårda ytor även med kommersiella AFM-system, och det ger stor fysisk insikt i de optimala förhållanden under vilka detta kan uppnås, som båda är mycket betydande prestationer, " han säger. "Jag tror verkligen att många i AFM-fältet kommer att hoppa på det här och försöka använda tekniken."

Raman tillägger att även om teamets tolkning av varför metoden fungerar som den gör erbjuder "en möjlig mekanism bakom bildbildningen, Det finns också andra rimliga mekanismer och kommer att behöva studeras i framtiden för att bekräfta upptäckten."