Settembre 25, 2022

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Le prime immagini dei singoli atomi “nuotano” nel liquido

In una pubblicazione su Nature, il team guidato dai ricercatori del National Graphene Institute (NGI) ha utilizzato dozzine di materiali bidimensionali come il grafene per intrappolare il liquido al fine di comprendere meglio come la presenza di liquido altera il comportamento di un solido.

Il team è stato in grado di catturare per la prima volta immagini di singoli atomi che “nuotano” nel liquido. I risultati potrebbero avere un impatto ad ampio raggio sullo sviluppo futuro di tecnologie verdi come la produzione di idrogeno.

Quando una superficie solida viene a contatto con un liquido, entrambe le sostanze cambiano la loro composizione in risposta alla vicinanza dell’altra. Le interazioni su scala atomica alle interfacce solido-liquido controllano il comportamento delle batterie e delle celle a combustibile per generare elettricità pulita, oltre a determinare l’efficienza della generazione di acqua pulita e supportare molti processi biologici.

Uno dei principali ricercatori, la professoressa Sarah Hay, ha commentato in una dichiarazione: “Data la diffusa importanza industriale e scientifica di tale comportamento, è davvero sorprendente che dobbiamo ancora imparare le basi del comportamento degli atomi sulle superfici che entrano in contatto tra loro Uno dei motivi della mancanza di informazioni è la mancanza di tecniche in grado di produrre dati sperimentali per interfacce solido-liquido.

La microscopia elettronica a trasmissione (TEM) è una delle poche tecniche che consente la visualizzazione e l’analisi dei singoli atomi. Tuttavia, lo strumento TEM richiede un ambiente ad alto vuoto e la struttura del materiale cambia nel vuoto. “Nel nostro lavoro, dimostriamo che la disinformazione viene fornita se il comportamento atomico viene studiato nel vuoto anziché utilizzare cellule liquide”, ha spiegato il primo autore, il dottor Nick Clark.

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Il professor Roman Gorbachev ha aperto la strada all’impilamento di materiali 2D per l’elettronica, ma qui il suo gruppo ha utilizzato le stesse tecniche per sviluppare una “cella liquida a doppio grafene”. Uno strato bidimensionale di bisolfuro di molibdeno è stato completamente sospeso in un liquido e rivestito con finestre di grafene. Questo nuovo design ha permesso loro di fornire strati di liquido controllati con precisione, consentendo un’acquisizione video senza precedenti che mostra i singoli atomi che “nuotano”, circondati da liquido.

Analizzando come si muovono gli atomi nei video e confrontandoli con le intuizioni teoriche fornite dai colleghi dell’Università di Cambridge, i ricercatori sono stati in grado di comprendere l’effetto del fluido sul comportamento atomico. Si scopre che il liquido accelera il movimento degli atomi e cambia le posizioni di riposo preferite rispetto al solido di base.

Il team ha studiato un materiale che promette di produrre idrogeno verde, ma la tecnologia sperimentale sviluppata potrebbe essere utilizzata in molte applicazioni diverse.

Il dottor Nick Clark ha dichiarato: “Questo è un risultato storico e solo l’inizio: non vediamo l’ora di utilizzare questa tecnologia per supportare lo sviluppo di materiali per un trattamento chimico sostenibile, che è essenziale per raggiungere le ambizioni nette del mondo”.