A tudósok befogják a kriptonatomokat, hogy egydimenziós gázt képezzenek

A tudósok befogják a kriptonatomokat, hogy egydimenziós gázt képezzenek

Időbélyeg: 24. január 2024. 1:53
Forrás csomópont: 3083162

A tudósok befogják a kriptonatomokat, hogy egydimenziós gázt képezzenek

a Nottingham News munkatársai

Nottingham, Egyesült Királyság (SPX), 24. január 2024

A tudósok most először sikerült kripton (Kr) nemesgáz atomjait szén nanocső belsejébe zárni, hogy egydimenziós gázt képezzenek.

A Nottinghami Egyetem Kémiai Karának tudósai fejlett transzmissziós elektronmikroszkópos (TEM) módszereket alkalmaztak annak a pillanatnak a megörökítésére, amikor a Kr atomok egyenként egyesülnek egy „nano kémcső” tartályban, amelynek átmérője félmilliószor kisebb, mint a szélessége. egy emberi haj. A kutatást az American Chemical Society folyóiratában tették közzé.

Az atomok viselkedését azóta vizsgálják a tudósok, hogy felmerült a feltételezés, hogy ezek a világegyetem alapegységei. Az atomok mozgása jelentős hatással van az olyan alapvető jelenségekre, mint a hőmérséklet, nyomás, folyadékáramlás és kémiai reakciók. A hagyományos spektroszkópiai módszerek nagy atomcsoportok mozgását elemezhetik, majd átlagolt adatok segítségével magyarázzák meg az atomi léptékű jelenségeket. Ezek a módszerek azonban nem mutatják meg, hogy az egyes atomok mit csinálnak egy adott időpontban.

A kutatók előtt álló kihívás az atomok leképezésekor az, hogy nagyon kicsik, 0.1-0.4 nanométeresek, és a hangsebesség-skálán nagyon nagy, 400 m/s körüli sebességgel tudnak mozogni gázfázisban. Ez nagyon megnehezíti a működés közbeni atomok közvetlen képalkotását, és az atomok folyamatos, valós idejű vizuális megjelenítésének létrehozása továbbra is az egyik legjelentősebb tudományos kihívás.

Andrej Khlobystov professzor, a Nottinghami Egyetem Kémiai Iskolája elmondta: „A szén nanocsövek lehetővé teszik számunkra, hogy befogjuk az atomokat, és pontosan pozícionáljuk és tanulmányozzuk őket egyatomos szinten, valós időben. Például ebben a tanulmányban sikeresen csapdába ejtettünk nemesgáz kripton (Kr) atomokat. Mivel a Kr-nek nagy az atomszáma, könnyebben megfigyelhető a TEM-ben, mint a könnyebb elemek. Ez lehetővé tette számunkra, hogy mozgó pontokként nyomon kövessük a Kr atomok helyzetét.

Ute Kaiser professzor, az Elektronmikroszkópos Anyagtudományi Csoport korábbi vezetője, az Ulmi Egyetem vezető professzora hozzátette: „A folyamat megfigyelésére a legmodernebb SALVE TEM-et használtuk, amely korrigálja a kromatikus és gömbi aberrációkat. kripton atomok egyesülve Kr2 párokat alkotnak. Ezeket a párokat a van der Waals kölcsönhatás tartja össze, amely a molekulák és atomok világát irányító titokzatos erő. Ez egy izgalmas újítás, mivel lehetővé teszi két atom közötti van der Waals távolság megtekintését a valós térben. Ez egy jelentős fejlemény a kémia és a fizika területén, amely segíthet jobban megérteni az atomok és molekulák működését.”

A kutatók Buckminster fulleréneket használtak, amelyek futball alakú molekulák, amelyek 60 szénatomot tartalmaznak, hogy az egyes Kr atomokat nanokémcsövekbe szállítsák. A buckminsterfullerén molekulák összeolvadása egymásba ágyazott szén nanocsövek létrehozásához hozzájárult a kísérletek pontosságának javításához. Ian Cardillo-Zallo, a Nottinghami Egyetem PhD-hallgatója, aki ezen anyagok előkészítéséért és elemzéséért volt felelős, azt mondja: „A kriptonatomok a fullerén üregekből a szénketrecek összeolvasztásával szabadulhatnak fel. Ezt 1200oC-os hevítéssel vagy elektronsugárral történő besugárzással érhetjük el. A Kr atomok közötti atomközi kötés és dinamikus gázszerű viselkedésük egyaránt tanulmányozható egyetlen TEM-kísérletben.

A csoport képes volt közvetlenül megfigyelni a fullerénketrecekből kilépő Kr atomokat, amelyek egydimenziós gázt alkotnak. A hordozómolekuláiktól megszabadulva a Kr atomok a rendkívül szűk tér miatt csak egy dimenzióban mozoghatnak a nanocső csatorna mentén. A kötött Kr atomok sorában lévő atomok nem tudnak áthaladni egymáson, és kénytelenek lassítani, mint a forgalmi torlódásokban lévő járművek. A csapat megörökítette azt a döntő szakaszt, amikor az izolált Kr atomok 1D gázzá alakulnak, aminek következtében az egyatomos kontraszt eltűnt a TEM-ben. Mindazonáltal a pásztázó TEM (STEM) képalkotás és az elektronenergia veszteség spektroszkópia (EELS) kiegészítő technikái képesek voltak nyomon követni az atomok mozgását az egyes nanocsöveken belül a kémiai aláírásaik feltérképezésével.

Quentin Ramasse professzor, az EPSRC Nemzeti Kutatóintézet SuperSTEM igazgatója elmondta: „Ha az elektronsugarat az atom méreténél jóval kisebb átmérőre fókuszáljuk, képesek vagyunk a nanokémcsövön keresztül pásztázni, és rögzíteni a benne lévő egyes atomok spektrumát. , még akkor is, ha ezek az atomok mozognak. Ez megadja nekünk az egydimenziós gáz spektrális térképét, amely megerősíti, hogy az atomok delokalizálódtak, és kitöltik az összes rendelkezésre álló teret, ahogy azt egy normál gáz tenné.

Paul Brown professzor, a Nottinghami Egyetem Nanoskálás és Mikroskálás Kutatóközpontjának (nmRC) igazgatója elmondta: „Amennyire tudjuk, ez az első alkalom, hogy nemesgázatomok láncait közvetlenül leképezték, ami a egydimenziós gáz szilárd anyagban. Az ilyen erősen korrelált atomi rendszerek rendkívül szokatlan hővezetési és diffúziós tulajdonságokat mutathatnak. A transzmissziós elektronmikroszkópia döntő szerepet játszott az atomok dinamikájának megértésében valós időben és közvetlen térben.

A csapat azt tervezi, hogy elektronmikroszkópos módszerrel leképezi a hőmérséklet-vezérelt fázisátalakulásokat és kémiai reakciókat egydimenziós rendszerekben, hogy feltárja az ilyen szokatlan anyagállapotok titkait.

Kutatási jelentés:A kripton dimerek és láncok atomi léptékű időfelbontású képalkotása és az egydimenziós gázra való átállás

Kapcsolódó linkek

University of Nottingham

Űrtechnológiai hírek - Alkalmazások és kutatások

Időbélyeg:

Még több Nanodaiy