PRELOMOVÉ OBJAVY VO VÝSKUME ĽADU

Publikoval: ejrick van newman
4. februára 2024

Zdanlivo jednoduchá látka ľadu bola predmetom prelomovej štúdie v Národnom laboratóriu v Argonne, ktorá odhalila zložitosť jeho správania pri extrémne nízkych teplotách.

Základom tejto štúdie je predtavenie, ktoré sa tradične pozoruje blízko bodu mrazu vody. Predtavenie sa vzťahuje na tenkú vrstvu podobnú kvapaline na povrchu ľadu, koncept prvýkrát identifikovaný v polovici 19. storočia. Tím v Argonne však objavil tento jav, ktorý sa vyskytuje pri teplotách oveľa nižších ako je bod mrazu, konkrétne pod -200 stupňov Fahrenheita. Toto zistenie spochybňuje tradičné chápanie správania ľadu a vedie k prehodnoteniu vlastností vody v pevnom stave.

Pokročilé zobrazovacie techniky odhaľujú nové javy

Výskum tímu zahŕňal rast ľadových kryštálov na veľkosť nanometrov, približne desať miliónov metrov v priemere. Na pozorovanie týchto kryštálov potom použili najmodernejšiu formu transmisnej elektrónovej mikroskopie (TEM). Táto nízka dávka TEM s vysokým rozlíšením bola rozhodujúca, pretože umožnila výskumníkom študovať ľad bez toho, aby spôsobili poškodenie. Táto technika zahŕňa nasmerovanie prúdu elektrónov na objekt a vytvorenie obrazu na základe toho, ako sa tieto elektróny rozptyľujú. Táto metóda je obzvlášť výhodná pre štúdium materiálov citlivých na elektrónové lúče, ako je ľad.

Jianguo Wen, vedec v oblasti materiálov v Argonne a hlavný autor článku, vysvetlil výzvy a potenciál tohto prístupu: „Ľad je veľmi náročný na zobrazenie, pretože je taký nestabilný pod vysokoenergetickým elektrónovým lúčom. Ak túto techniku úspešne predvedieme na ľade bude zobrazovanie iných materiálov citlivých na lúče hračkou.“

Pozorovania nad rámec bežného chápania

Výskumníci uskutočnili svoje experimenty pri extrémne nízkych teplotách, pričom použili kvapalný dusík na ochladenie prostredia na 130 stupňov Kelvina (alebo -226 stupňov Fahrenheita). Pri týchto teplotách pozorovali nanokryštály ľadu, ktoré sa správali spôsobom, ktorý nie je zohľadnený v tradičnom diagrame vodnej fázy. Pozorovanie pri 150 stupňoch Kelvina (-190 stupňov Fahrenheita) bolo obzvlášť pozoruhodné, kde ľad preukázal kvázi kvapalnú vrstvu, ktorá popiera štandardný fázový prechod z tuhej látky na paru.

Tao Zhou, ďalší argonský materiálový vedec zapojený do štúdie, zdôraznil zložitosť svojich zistení: „Ukázali sme, že k predtaveniu môže dôjsť ďaleko dole na krivke, hoci nevieme vysvetliť prečo.“ Toto pozorovanie otvára nové otázky o správaní vody v extrémnych podmienkach a spochybňuje jednoduchosť konvenčného fázového diagramu.

Dôsledky a budúce smerovanie

Tento výskum vrhá svetlo na zložité vlastnosti ľadu a demonštruje účinnosť nízkych dávok TEM pri štúdiu citlivých materiálov. Úspešná aplikácia tejto techniky na ľadové kryštály pripravuje pôdu pre jej použitie pri skúmaní iných jemných látok, čo môže viesť k významnému pokroku v rôznych oblastiach vrátane materiálovej vedy a nanotechnológie.

Štúdia vyvoláva zaujímavé otázky o povahe vody a jej prechodoch medzi rôznymi stavmi, najmä v extrémnych podmienkach. Budúci výskum by mohol tieto javy ďalej preskúmať, potenciálne odhaliť nové aspekty materiálneho správania a prispieť k nášmu pochopeniu základných fyzikálnych procesov.

Záver

Táto prelomová štúdia posúva naše znalosti o ľade a vode a pripravuje pôdu pre ďalší prieskum ďalších citlivých materiálov. Úspešná aplikácia nízkodávkového TEM na ľad otvára nové možnosti v oblasti materiálovej vedy, čo môže viesť k pokroku v oblastiach, ako je technológia batérií a mimo nej. Cesta za dekódovaním tajomstiev ľadu pokračuje a sľubuje vzrušujúce objavy v spletitom svete molekulárnej vedy.

Zdroj: www.nano-magazine.com

PRELOMOVÉ OBJAVY VO VÝSKUME ĽADU

PREČÍTAJTE SI AJ

Prelomové objavy v kvantovej výpočtovej technike grafénu

Prelomové objavy v kvantovej výpočtovej technike grafénu

Je to materiál oslavovaný ako transformačný prielom vo svete technológií – a jeho potenciál je prakticky neobmedzený. Grafén, hrubý len jeden atóm, no napriek tomu neuveriteľne silný a vodivý, bol označený ako zásadný prvok pre nespočetné množstvo priemyselných...

Multimodálne e-textílie na báze grafénu

Multimodálne e-textílie na báze grafénu

Prvýkrát v histórii spoločný výskumný tím z Kórejského inštitútu strojov a materiálov (KIMM) a Kórejského pokročilého inštitútu vedy a techniky (KAIST) vyvinul prispôsobené elektronické textílie s použitím grafénu. Prelomovú technológiu viedol hlavný výskumník...

Nanotechnológia v boji proti zmene klímy: stavebné materiály

Nanotechnológia v boji proti zmene klímy: stavebné materiály

Stavebné materiály – ako je betón, cement a asfalt – sú jedny z najpoužívanejších materiálov na svete a sú hlavnými prispievateľmi k emisiám uhlíka. A ich používanie sa v budúcnosti nezníži, pretože ľudia musia vytvárať nové budovy a cesty tvárou v tvár neustále...

Kľúč k inteligentnejšej filtrácii a udržateľnej energii

Kľúč k inteligentnejšej filtrácii a udržateľnej energii

Kľúč k inteligentnejšej filtrácii a udržateľnej energii Prevratný výskum odhalil mimoriadny jav, pri ktorom sa voda môže priamo zapájať do elektrónov grafénu, pozoruhodnej mriežky atómov uhlíka usporiadaných do voštinovej štruktúry. Tento podmanivý objav kvantového...

Magnetický materiál čistí mikroplasty z vody

Magnetický materiál čistí mikroplasty z vody

Výskumníci z univerzity RMIT našli inovatívny spôsob, ako rýchlo odstrániť nebezpečné mikroplasty z vody pomocou magnetov. Vedúca výskumu profesorka Nicky Eshtiaghi uviedla, že existujúcim metódam môže trvať niekoľko dní odstránenie mikroplastov z vody, zatiaľ čo ich...

Inovatívna ťažba zlata vďaka nanočasticiam

Inovatívna ťažba zlata vďaka nanočasticiam

Zlato, najžiadanejší ušľachtilý kov, fascinuje ľudstvo po stáročia. Nedávny prelomový výskum spôsobil revolúciu v našom chápaní transportu a akumulácie zlata odhalením jedinečnej schopnosti nanočastíc zlata taviť sa a vytvárať nanomateliny zlata pri nižších teplotách....

Nové solárne články inšpirované očami hmyzu

Nové solárne články inšpirované očami hmyzu

Zbalenie malých solárnych článkov, ako sú mikrošošovky v zloženom oku hmyzu, by mohlo pripraviť cestu k novej generácii pokročilej fotovoltaiky, tvrdia vedci zo Stanfordskej univerzity. "Perovskity sú sľubné, lacné materiály, ktoré premieňajú slnečné svetlo na...

Čistejší vzduch v tuneloch vďaka betónu

Čistejší vzduch v tuneloch vďaka betónu

Kvalita vzduchu v podzemných cestných tuneloch býva horšia ako v iných cestných prostrediach v dôsledku zlej cirkulácie vzduchu. Na vyriešenie tohto problému vyvinuli výskumníci z Kórejského inštitútu stavebného inžinierstva a stavebných technológií (KICT)...

Živé a dýchajúce budovy vďaka termitom

Živé a dýchajúce budovy vďaka termitom

Spomedzi približne 2 000 známych druhov termitov sú niektorí inžinieri ekosystémov. Kopce postavené niektorými rodmi, napríklad Amitermes, Macrotermes, Nasutitermes a Odontotermes, dosahujú výšku až osem metrov, čo z nich robí jedny z najväčších biologických štruktúr...

Používanie AI na nájdenie vzácnych minerálov

Používanie AI na nájdenie vzácnych minerálov

Model strojového učenia dokáže predpovedať umiestnenie minerálov na Zemi – a potenciálne aj na iných planétach – využitím vzorov v minerálnych asociáciách. Veda a priemysel hľadajú ložiská nerastov, aby lepšie porozumeli histórii našej planéty a ťažili ich pre...

Udržateľné batérie pre budúcnosť

Udržateľné batérie pre budúcnosť

Batérie sú nevyhnutné pre globálne úsilie o zníženie spotreby fosílnych palív. Výzvy však pretrvávajú: ich výroba si vyžaduje veľa energie, použité materiály sú vzácne a batérie sa ťažko recyklujú. Niekoľko výskumných skupín na Inštitúte vedy a techniky v Rakúsku...

Zachytávanie uhlíka z atmosféry je možné

Zachytávanie uhlíka z atmosféry je možné

Technológie priameho zachytávania vzduchu (DAC) ponúkajú nové príležitosti na priblíženie sa k našim cieľom v oblasti zmierňovania zmeny klímy. Máme však pred sebou ešte dlhú cestu, kým bude možné plne zaviesť DAC ako zmierňujúce opatrenie. Medzivládny panel OSN pre...

Umelá inteligencia proti znečisteniu ovzdušia

Umelá inteligencia proti znečisteniu ovzdušia

99% svetovej populácie dýcha vzduch, ktorý prekračuje limity odporúčané Svetovou zdravotníckou organizáciou (WHO). Tento scenár sa zhoršuje v mestských oblastiach, kde je sústredených viac ako 50 % svetovej populácie. Na zmiernenie problému znečistenia ovzdušia, ktoré...

Nové organické solárne články budúcnosti

Nové organické solárne články budúcnosti

Vzhľadom na nedávne zlepšenia v účinnosti, s akou dokážu solárne články vyrobené z organických (uhlíkových) polovodičov premieňať slnečné svetlo na elektrinu, sa zlepšenie dlhodobej stability týchto fotovoltaických zariadení stáva čoraz dôležitejšou témou. Reálne...

Vývoj najmenšieho ozubeného kolesa na svete

Vývoj najmenšieho ozubeného kolesa na svete

Stále menšie a zložitejšie – bez miniaturizácie by sme dnes nemali komponenty, ktoré sú potrebné pre vysokovýkonné notebooky, kompaktné smartfóny alebo endoskopy s vysokým rozlíšením. V súčasnosti prebieha výskum v nanoúrovni na spínačoch, rotoroch alebo motoroch,...

autor

ejrick van newman

Komentáre

0 komentárov

Pridaj komentár