एक नई तकनीक पहली बार एक ठोस और एक तरल के बीच इंटरफेस में "तैरने" वाले एकल परमाणुओं के वीडियो को कैप्चर करना संभव बनाती है। दृष्टिकोण तरल को फंसाने के लिए द्वि-आयामी सामग्री के ढेर का उपयोग करता है, जिससे यह लक्षण वर्णन तकनीकों के अनुकूल हो जाता है जिसके लिए आमतौर पर वैक्यूम स्थितियों की आवश्यकता होती है। यह शोधकर्ताओं को यह समझने में सक्षम कर सकता है कि परमाणु इन इंटरफेस पर कैसे व्यवहार करते हैं, जो बैटरी, उत्प्रेरक प्रणाली और पृथक्करण झिल्ली जैसे उपकरणों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।
स्कैनिंग टनलिंग माइक्रोस्कोपी (एसटीएम) और ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (टीईएम) सहित एकल परमाणुओं की छवि के लिए कई तकनीकें मौजूद हैं। हालांकि, वे नमूने की सतह पर उच्च-वैक्यूम वातावरण में परमाणुओं को उजागर करते हैं, जो सामग्री की संरचना को बदल सकते हैं। इस बीच, ऐसी तकनीकें जिनमें वैक्यूम की आवश्यकता नहीं होती है, या तो कम-रिज़ॉल्यूशन वाली होती हैं या केवल कम समय अवधि के लिए काम करती हैं, जिसका अर्थ है कि परमाणुओं की गति को वीडियो पर कैप्चर नहीं किया जा सकता है।
सामग्री वैज्ञानिकों के नेतृत्व में शोधकर्ता सारा हाई का मैनचेस्टर विश्वविद्यालय के राष्ट्रीय ग्राफीन संस्थान (NGI) ने अब एक नया दृष्टिकोण विकसित किया है जो उन्हें एक सतह पर एकल परमाणुओं की गति को ट्रैक करने में सक्षम बनाता है जब वह सतह तरल से घिरी होती है। उन्होंने दिखाया कि परमाणु इन परिस्थितियों में निर्वात की तुलना में बहुत भिन्न व्यवहार करते हैं। "यह महत्वपूर्ण है," हाई बताते हैं, "चूंकि हम यथार्थवादी प्रतिक्रिया / पर्यावरणीय परिस्थितियों के लिए परमाणु व्यवहार को समझना चाहते हैं जो सामग्री उपयोग में अनुभव करेगी - उदाहरण के लिए, बैटरी, सुपरकेपसिटर और झिल्ली प्रतिक्रिया जहाजों में।"
तरल की दो पतली परतों के बीच निलंबित नमूना
अपने प्रयोगों में, एनजीआई के शोधकर्ताओं ने अपने नमूने को सैंडविच किया - इस मामले में, मोलिब्डेनम डाइसल्फ़ाइड की परमाणु रूप से पतली चादरें - एक टीईएम में बोरॉन नाइट्राइड (बीएन) की दो चादरों के बीच। इसके बाद उन्होंने बीएन के विशिष्ट क्षेत्रों में छेद खोदने के लिए लिथोग्राफी का इस्तेमाल किया ताकि नमूना उन क्षेत्रों में निलंबित किया जा सके जहां छेद ओवरलैप हो गए थे। अंत में, उन्होंने बीएन के ऊपर और नीचे दो ग्राफीन परतें जोड़ीं और इनका उपयोग छिद्रों में एक तरल को फंसाने के लिए किया। परिणामी संरचना, जिसमें नमूना तरल की दो परतों के बीच निलंबित है, केवल 70 एनएम मोटी है, हाई बताता है भौतिकी की दुनिया.
इस तथाकथित डबल ग्रैफेन तरल सेल के लिए धन्यवाद, शोधकर्ता तरल से घिरे हुए "तैराकी" एकल परमाणुओं के वीडियो प्राप्त करने में सक्षम थे। फिर वीडियो में परमाणुओं की गति का विश्लेषण करके और कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय में सहयोगियों द्वारा विकसित सैद्धांतिक मॉडल के साथ इस गति की तुलना करके, उन्होंने ताजा अंतर्दृष्टि प्राप्त की कि एक तरल वातावरण परमाणु व्यवहार को कैसे प्रभावित करता है। उदाहरण के लिए, उन्होंने पाया कि तरल अंतर्निहित ठोस के संबंध में अपनी पसंदीदा "विश्राम स्थलों" को बदलते हुए परमाणुओं के आंदोलन को तेज करता है।
ग्राफीन सैंडविच बर्फ को दूर करता है
हाई कहते हैं, "नई तकनीक ठोस-तरल इंटरफेस पर परमाणुओं के व्यवहार की हमारी समझ को बेहतर बनाने में मदद कर सकती है।" "इस तरह के इंटरफेसियल व्यवहार को आम तौर पर केवल कम रिज़ॉल्यूशन पर जांचा जाता है, लेकिन यह बैटरी के जीवनकाल, कई उत्प्रेरक प्रणालियों की गतिविधि और दीर्घायु, पृथक्करण झिल्ली की कार्यक्षमता के साथ-साथ कई अन्य अनुप्रयोगों को निर्धारित करता है।"
शोधकर्ताओं का कहना है कि वे अब सामग्री की एक विस्तृत श्रृंखला का अध्ययन कर रहे हैं और विभिन्न तरल वातावरणों के लिए उनका व्यवहार कैसे बदलता है। हाई ने निष्कर्ष निकाला, "यहां का उद्देश्य शुद्ध शून्य ऊर्जा संक्रमण के लिए आवश्यक बेहतर सामग्रियों के संश्लेषण को अनुकूलित करना है।"
अध्ययन में विस्तृत है प्रकृति.
