Cientistas revelam as primeiras imagens de átomos 'nadando' em líquido: WebCuriosos

O movimento de átomos individuais através de um líquido foi capturado pela câmera pela primeira vez.

Usando um sanduíche de materiais tão finos que são efetivamente bidimensionais, os cientistas capturaram e observaram átomos de platina “nadando” ao longo de uma superfície sob diferentes pressões.

Os resultados nos ajudarão a entender melhor como a presença de um líquido altera o comportamento de um sólido com o qual está em contato – o que, por sua vez, tem implicações que podem contribuir para o desenvolvimento de novas substâncias e materiais.

“Dada a ampla importância industrial e científica de tal comportamento, é realmente surpreendente o quanto ainda temos que aprender sobre os fundamentos de como os átomos se comportam em superfícies em contato com líquidos”, disse ele. explicou a cientista de materiais Sarah Haigh da Universidade de Manchester, no Reino Unido.

“Uma das razões pelas quais falta informação é a ausência de técnicas capazes de produzir dados experimentais para interfaces sólido-líquido.”

Quando um sólido e um líquido estão em contato um com o outro, o comportamento de ambos os materiais é modificado no ponto em que se encontram. Estas interações são importantes para a compreensão de uma ampla gama de processos e aplicações, como o transporte de materiais dentro dos nossos próprios corpos ou o movimento de íons dentro de baterias.

É, como observam os pesquisadores, extremamente difícil visualizar o mundo em escala atômica. A microscopia eletrônica de transmissão (TEM), que utiliza um feixe de elétrons para gerar uma imagem, é uma das poucas técnicas disponíveis.

Mesmo assim, obter dados confiáveis ​​sobre o comportamento dos átomos dessa forma tem sido complicado. Trabalhos anteriores em células líquidas de grafeno foram promissores, mas produziram resultados inconsistentes. Além disso, o TEM normalmente requer um ambiente de alto vácuo para funcionar. Isto é um problema, uma vez que muitos materiais não se comportam da mesma maneira sob diferentes condições de pressão.

Felizmente, uma forma de TEM foi desenvolvida para operar em ambientes líquidos e gasosos, que foi o que a equipe empregou em sua pesquisa.

O próximo passo foi criar um conjunto especial de “lâminas” de microscópio para conter os átomos. O grafeno é o material ideal para esses experimentos, pois é bidimensional, forte, inerte e impermeável. Com base em trabalhos anteriores, a equipe desenvolveu uma célula líquida dupla de grafeno capaz de funcionar com a tecnologia TEM existente.

Esta célula foi preenchida com uma solução de água salgada controlada com precisão contendo átomos de platina, que a equipe observou movendo-se sobre uma superfície sólida de dissulfeto de molibdênio.

As imagens revelaram alguns insights fascinantes. Por exemplo, os átomos moviam-se mais rapidamente no líquido do que fora dele e escolhiam diferentes locais na superfície sólida para descansar.

Além disso, os resultados dentro e fora de uma câmara de vácuo foram diferentes, sugerindo que variações na pressão do ambiente podem influenciar o comportamento dos átomos. Além do mais, os resultados de experiências obtidas em câmaras de vácuo não serão necessariamente indicativos desse comportamento no mundo real.

“Em nosso trabalho, mostramos que informações enganosas são fornecidas se o comportamento atômico for estudado no vácuo, em vez de usar nossas células líquidas”, disse ele. disse o engenheiro de materiais Nick Clark da Universidade de Manchester.

“Esta é uma conquista marcante e é apenas o começo – já estamos procurando usar esta técnica para apoiar o desenvolvimento de materiais para processamento químico sustentável, necessários para alcançar as ambições mundiais de zero emissões líquidas.”

O material que a equipa estudou é relevante para a produção de hidrogénio verde, mas tanto as suas técnicas como os resultados obtidos têm implicações muito mais amplas, disseram os investigadores.

O artigo foi publicado em Natureza.