观看第一个展示孤立的固体原子与液体玩耍的视频

为了捕捉“游动”的铂原子,材料科学家们制作了一个石墨烯三明治。
Platinum atoms and liquid graphene seen in red and purple under a microscope next to a graphic of material particle locations
从左到右:透射电子显微镜下液态石墨烯中的铂原子彩色图像;铂原子轨迹显示颜色范围从蓝色(开始)到绿色、黄色、橙色,最后是红色。 Clark et al (2022)

夏天到了,天气炎热,这些原子正在畅游。

材料科学家们首次 记录了个体固体原子在液态溶液中移动的图像。来自英国曼彻斯特大学和剑桥大学国家石墨烯研究所的一组工程师使用 透射电子显微镜 完成了这项精细的壮举。该技术允许研究人员以非凡的细节观察和拍摄微小事物的图像。然而,通常情况下,被观察的物体必须是静止的,并放置在高压真空系统中,以允许电子正确扫描。这限制了显微镜在原子层面的使用。

工程师们通过利用 一种较新的仪器 来解决这个问题,该仪器可以在封闭的液体和气体环境中工作。为了设置实验,他们用纳米薄的双层石墨烯电池制作了一个“池子”。他们的“游泳者”由一层铂原子样品组成,并覆盖了一层盐溶液,或称为吸附原子,因为它们位于矿物晶体上。

一旦进入液态石墨烯中,固体铂原子便快速移动。(作为参考,下面的循环视频以真实速度播放。)团队在将石墨烯电池替换为真空后测试了相同的反应。他们发现,在传统设置下,铂原子没有像在液体中那样自然地反应。

图片来源:Adi Gal-Greenwood

在模拟了液体中的运动超过 70,000 次后,团队认为他们的方法是成功的。他们于 7 月 27 日在 《自然》杂志 上发表了他们的研究成果。

这些结果可能在几个方面产生影响。首先,它“为透射电子显微镜广泛用于研究‘单原子精度的化学过程’铺平了道路”,科学家们在论文中写道。其次,材料科学家、共同作者 Sarah Haigh 在新闻稿中表示,“鉴于这种行为[固体]具有广泛的工业和科学重要性,我们仍然有如此多的东西需要了解原子在与液体接触的表面上如何行为,这确实令人惊讶。”

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越来越多的技术依赖于固体颗粒与液体电池之间的相互作用。石墨烯是 2000 年代初由曼彻斯特大学的研究人员 发现 的,它是电池电极、计算机电路以及一种新的 绿色氢气生产 技术中的关键组成部分。与此同时,铂被用于制造 LCD 屏幕、阴极射线管、传感器等等。了解这两种材料在纳米尺度上的结合方式,将开启一个更精确、更高效、更具创新性的世界。

 

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Purbita Saha

资深副主编

Purbita Saha(她)是《趣味科学》杂志的前资深副主编。她领导了该杂志的科学编辑部和实习生项目,还编辑了特稿,阅读了图书样书,客串了“我本周学到的最奇怪的事情”节目,并在@PopSci账号上发布了糟糕的笑话。


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