(Phys.org) —På nanoskala, där objekt mäts i miljarddelar av meter och händelser inträffar i biljondelar av sekunder, saker beter sig inte alltid som våra erfarenheter av makrovärlden kan få oss att förvänta oss. Vatten, till exempel, verkar flöda mycket snabbare i kolnanorör än vad klassisk fysik säger borde vara möjligt. Tänk dig nu att försöka fånga filmer av dessa nästan omärkligt små nanoskaliga rörelser.

Forskare vid Caltech har nu gjort just det genom att tillämpa en ny avbildningsteknik som kallas fyrdimensionell (4D) elektronmikroskopi på nanofluiddynamikproblemet. I en tidning som visas i numret av den 27 juni av Vetenskap , Ahmed Zewail, Linus Pauling professor i kemi och professor i fysik, och Ulrich Lorenz, en postdoktor i kemi, beskriva hur de visualiserade och övervakade flödet av smält bly i ett enda zinkoxidnanorör i realtid och rum.

4D-mikroskopitekniken utvecklades i Physical Biology Center for Ultrafast Science and Technology vid Caltech, skapad och regisserad av Zewail för att främja förståelsen av den grundläggande fysiken för kemiskt och biologiskt beteende.

I 4D-mikroskopi, en ström av ultrasnabba elektroner bombarderar ett prov på ett noggrant tidsbestämt sätt. Varje elektron sprider sig från provet, producerar en stillbild som representerar ett enda ögonblick, bara en femtosekund – eller en miljondels miljarddels sekund – i varaktighet. Miljontals stillbilder kan sedan sys ihop för att producera en digital film med rörelse i nanoskala.

I det nya verket, Lorenz och Zewail använde enstaka laserpulser för att smälta blykärnorna i enskilda zinkoxidnanorör och sedan, med hjälp av 4D-mikroskopi, fångade hur den heta trycksatta vätskan rörde sig inuti rören – ibland delas upp i flera segment, producerar små droppar på utsidan av röret, eller får rören att gå sönder. Lorenz och Zewail mätte också friktionen som upplevdes av vätskan i nanoröret.

"Dessa observationer är särskilt betydelsefulla eftersom visualisering av vätskors beteende på nanoskala är avgörande för vår förståelse av hur material och biologiska kanaler effektivt transporterar vätskor, " säger Zewail. 1999, Zewail vann Nobelpriset för sin utveckling av femtosekundkemi.

Uppsatsen har titeln "Observera vätskeflöde i nanorör med 4D elektronmikroskopi."