새로운 기술을 통해 처음으로 고체와 액체 사이의 경계면에서 "유영하는" 단일 원자의 비디오를 캡처할 수 있습니다. 이 접근 방식은 XNUMX차원 재료 스택을 사용하여 액체를 가두어 일반적으로 진공 조건이 필요한 특성화 기술과 호환되도록 합니다. 이를 통해 연구원들은 배터리, 촉매 시스템 및 분리막과 같은 장치에서 중요한 역할을 하는 이러한 인터페이스에서 원자가 어떻게 행동하는지 더 잘 이해할 수 있습니다.
주사 터널링 현미경(STM) 및 투과 전자 현미경(TEM)을 포함하여 단일 원자를 이미지화하는 여러 기술이 존재합니다. 그러나 샘플 표면의 원자를 고진공 환경에 노출시켜 재료의 구조를 변경할 수 있습니다. 한편 진공이 필요하지 않은 기술은 해상도가 낮거나 짧은 시간 동안만 작동하므로 원자의 움직임을 비디오로 캡처할 수 없습니다.
재료 과학자가 이끄는 연구원 사라 하이 의 맨체스터 대학교 국립 그래핀 연구소 (NGI)는 이제 표면이 액체로 둘러싸여 있을 때 표면에서 단일 원자의 움직임을 추적할 수 있는 새로운 접근 방식을 개발했습니다. 그들은 이러한 상황에서 원자가 진공에서와 매우 다르게 행동한다는 것을 보여주었습니다. "이것은 매우 중요합니다."라고 Haigh는 설명합니다. "우리는 배터리, 슈퍼커패시터 및 멤브레인 반응 용기와 같이 물질이 사용되는 실제 반응/환경 조건에 대한 원자 거동을 이해하기를 원하기 때문입니다."
액체의 두 얇은 층 사이에 부유하는 샘플
그들의 실험에서 NGI 연구원들은 TEM에서 두 개의 질화붕소(BN) 시트 사이에 원자적으로 얇은 이황화 몰리브덴 시트인 샘플을 끼웠습니다. 그런 다음 리소그래피를 사용하여 BN의 특정 영역에 구멍을 에칭하여 구멍이 겹치는 영역에 샘플을 매달 수 있습니다. 마지막으로 그들은 BN 위와 아래에 두 개의 그래핀 층을 추가하고 이를 사용하여 구멍에 액체를 가두었습니다. 시료가 액체의 두 층 사이에 매달려 있는 결과 구조는 두께가 70nm에 불과하다고 Haigh는 말합니다. 물리 세계.
이 소위 이중 그래핀 액체 셀 덕분에 연구원들은 액체에 둘러싸인 상태에서 단일 원자가 "헤엄치는" 비디오를 얻을 수 있었습니다. 그런 다음 비디오에서 원자가 어떻게 움직이는지 분석하고 이 운동을 캠브리지 대학의 동료들이 개발한 이론 모델과 비교함으로써 액체 환경이 원자 행동에 미치는 영향에 대한 새로운 통찰력을 얻었습니다. 예를 들어, 그들은 액체가 원자의 움직임을 가속하는 동시에 밑에 있는 고체에 대해 선호하는 "휴지 위치"를 변경한다는 사실을 발견했습니다.
그래핀 샌드위치 스퀘어 어웨이 아이스
"새로운 기술은 고체-액체 계면에서 원자의 거동에 대한 이해를 향상시키는 데 도움이 될 수 있습니다."라고 Haigh는 말합니다. "이러한 계면 거동은 일반적으로 낮은 해상도에서만 조사되지만 배터리 수명, 많은 촉매 시스템의 활성 및 수명, 분리막의 기능 및 기타 많은 응용 분야를 결정합니다."
연구원들은 이제 더 넓은 범위의 재료와 다양한 액체 환경에서 재료의 거동이 어떻게 변하는지를 연구하고 있다고 말합니다. Haigh는 "여기서 목표는 순 제로 에너지 전환에 필요한 개선된 재료의 합성을 최적화하는 것입니다."라고 결론지었습니다.
이 연구는 자연.
