Scientists Reveal The First Images of Atoms 'Swimming' in Liquid

Scientists Reveal The First Images of Atoms ‘Swimming’ in Liquid

Le mouvement d’atomes individuels à travers un liquide a été capturé par caméra pour la première fois.

En utilisant un sandwich de matériaux si fins qu’ils sont effectivement bidimensionnels, les scientifiques ont piégé et observé des atomes de platine “nageant” le long d’une surface sous des pressions variables.

Les résultats nous aideront à mieux comprendre comment la présence de liquide modifie le comportement d’un solide avec lequel il est en contact, ce qui, à son tour, a des implications qui pourraient contribuer au développement de nouvelles substances et matériaux.

“Compte tenu de l’importance industrielle et scientifique généralisée d’un tel comportement, il est vraiment surprenant de constater tout ce que nous avons encore à apprendre sur les principes fondamentaux du comportement des atomes sur les surfaces en contact avec des liquides”, a expliqué la scientifique des matériaux Sarah Haigh de l’Université de New York. Manchester au Royaume-Uni. .

“L’une des raisons pour lesquelles les informations manquent est l’absence de techniques capables de produire des données expérimentales pour les interfaces solide-liquide.”

Lorsqu’un solide et un liquide sont en contact, les comportements des deux matériaux changent là où ils se rencontrent. Ces interactions sont importantes pour comprendre un large éventail de processus et d’applications, tels que le transport de matériaux dans notre propre corps ou le mouvement des ions dans les batteries.

Comme le soulignent les chercheurs, il est extrêmement difficile de voir le monde à l’échelle atomique. La microscopie électronique à transmission (TEM), qui utilise un faisceau d’électrons pour générer une image, est l’une des rares techniques disponibles.

Pourtant, obtenir des données fiables sur le comportement des atomes de cette manière a été difficile. Les travaux antérieurs sur les cellules de graphène liquide ont été prometteurs, mais ont donné des résultats incohérents. En outre, TEM nécessite généralement un environnement de vide poussé pour fonctionner. C’est un problème car de nombreux matériaux ne se comportent pas de la même manière dans des conditions de pression différentes.

Heureusement, une forme de TEM a été développée pour fonctionner dans des environnements liquides et gazeux, ce que l’équipe a utilisé pour ses recherches.

L’étape suivante consistait à créer un ensemble spécial de “lames” de microscope pour contenir les atomes. Le graphène est le matériau idéal pour ces expériences, car il est bidimensionnel, solide, inerte et étanche. S’appuyant sur des travaux antérieurs, l’équipe a développé une cellule liquide à double graphène capable de fonctionner avec la technologie TEM existante.

Cette cellule était remplie d’une solution d’eau salée contrôlée avec précision contenant des atomes de platine, que l’équipe a observés se déplaçant sur une surface solide de bisulfure de molybdène.

Les images ont révélé des idées fascinantes. Par exemple, les atomes se déplacent plus rapidement dans le liquide qu’à l’extérieur et choisissent différents endroits sur la surface solide pour se reposer.

De plus, les résultats à l’intérieur et à l’extérieur d’une chambre à vide étaient différents, suggérant que les variations de la pression ambiante peuvent influencer le comportement des atomes. De plus, les résultats d’expériences obtenus dans des chambres à vide ne seront pas nécessairement révélateurs d’un tel comportement dans le monde réel.

“Dans notre travail, nous montrons que des informations trompeuses sont fournies en étudiant le comportement atomique dans le vide plutôt qu’en utilisant nos cellules liquides”, a déclaré l’ingénieur en matériaux Nick Clark de l’Université de Manchester.

« Il s’agit d’une réalisation historique et ce n’est que le début : nous cherchons déjà à utiliser cette technique pour soutenir le développement de matériaux pour un traitement chimique durable, nécessaire pour atteindre les ambitions mondiales de zéro émission nette.

Le matériau étudié par l’équipe est pertinent pour la production d’hydrogène vert, mais leurs techniques et les résultats qu’ils ont obtenus ont des implications beaucoup plus larges, ont déclaré les chercheurs.

L’article a été publié dans La nature.

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