Atomer simmar i vätska tack vare grafen. Kredit:University of Manchester
Grafenforskare från University of Manchester har skapat en ny "nano-petriskål" med tvådimensionella (2D) material för att skapa en ny metod för att observera hur atomer rör sig i vätska.
Publicering i tidskriften Nature , teamet ledd av forskare baserade vid National Graphene Institute (NGI) använde staplar av 2D-material som grafen för att fånga vätska för att ytterligare förstå hur närvaron av vätska förändrar det fasta ämnets beteende.
Teamet kunde för första gången ta bilder av enskilda atomer som "simmade" i vätska. Fynden kan ha omfattande inverkan på den framtida utvecklingen av grön teknik som väteproduktion.
När en fast yta är i kontakt med en vätska, ändrar båda ämnena sin konfiguration som svar på närheten till den andra. Sådana interaktioner i atomskala vid gränssnitt mellan fasta och vätskor styr batteriernas och bränslecellernas beteende för ren elproduktion, såväl som bestämmer effektiviteten av generering av rent vatten och underbygger många biologiska processer.
En av de ledande forskarna, professor Sarah Haigh, kommenterade:"Med tanke på den utbredda industriella och vetenskapliga betydelsen av sådant beteende är det verkligen förvånande hur mycket vi fortfarande har att lära oss om grunderna för hur atomer beter sig på ytor i kontakt med vätskor. En av anledningarna till att information saknas är frånvaron av tekniker som kan ge experimentella data för fast-vätskegränssnitt."
Transmissionselektronmikroskopi (TEM) är en av få tekniker som gör att enskilda atomer kan ses och analyseras. TEM-instrumentet kräver dock en högvakuummiljö, och materialstrukturen förändras i ett vakuum. Första författaren Dr. Nick Clark förklarade, "I vårt arbete visar vi att vilseledande information tillhandahålls om atomens beteende studeras i vakuum istället för att använda våra flytande celler."
Professor Roman Gorbatjov har banat väg för stapling av 2D-material för elektronik, men här har hans grupp använt samma teknik för att utveckla en "dubbel grafenvätskecell". Ett 2D-skikt av molybdendisulfid var helt suspenderat i vätska och inkapslat av grafenfönster. Den här nya designen gjorde det möjligt för dem att tillhandahålla exakt kontrollerade vätskeskikt, vilket gjorde det möjligt att spela in oöverträffade videor som visar de enskilda atomerna som "simmar" runt, omgivna av vätska.
Genom att analysera hur atomerna rörde sig i videorna och jämföra med teoretiska insikter från kollegor vid Cambridge University kunde forskarna förstå effekten av vätskan på atomärt beteende. Vätskan visade sig påskynda atomernas rörelse och även ändra deras föredragna viloplatser med avseende på det underliggande fasta ämnet.
Teamet studerade ett material som är lovande för produktion av grönt väte men den experimentella tekniken de har utvecklat kan användas för många olika tillämpningar.
Dr. Nick Clark sa:"Detta är en milstolpeprestation och det är bara början – vi ser redan efter att använda denna teknik för att stödja utvecklingen av material för hållbar kemisk bearbetning, som behövs för att uppnå världens nollmål." + Utforska vidare
