Исследователи из Сиднейского университета впервые запечатлели на видео беспрецедентные кадры расцветающих кристаллов платины внутри жидкого металла, что позволило впервые провести прямые наблюдения процесса, который может способствовать развитию технологий чистого производства водорода и квантовых вычислений.
Исследование, опубликованное в Nature Communications 23 ноября, использовало рентгеновскую компьютерную томографию — ту же технологию, что применяется в медицинской визуализации — чтобы заглянуть внутрь непрозрачных капель жидкого галлия и наблюдать, как кристаллы платины формируют стержнеобразные и морозоподобные структуры в течение минут и часов. Данная методика преодолевает давнюю проблему материаловедения: жидкие металлы настолько плотны, что блокируют свет, электроны и большинство микроскопов, не позволяя им проникнуть в их внутреннюю структуру.
«Это был действительно особенный момент — иметь возможность разработать метод для этого», — сказал профессор Куруш Калантар-Заде, возглавлявший исследовательскую группу в Школе химической и биомолекулярной инженерии. «Галлий — очень плотный элемент, атомы которого плотно упакованы, и он настолько непрозрачен, что большинству микроскопов невозможно пройти сквозь толстый слой галлия».
Подбор кристаллов для производства водорода
Команда растворила платиновые шарики в жидком галлии или сплавах галлия и индия, нагретых до 500 градусов Цельсия, затем охладила смесь для запуска кристаллизации. Регулируя скорость охлаждения и состав растворителя, исследователи контролировали размер, форму и химические свойства получаемых кристаллов. Быстрое охлаждение производило меньшие кристаллы со скоростью роста до 120 микрометров в минуту в чистом галлии, в то время как медленное охлаждение давало более крупные структуры.
Метод позволил команде создать металлические кристаллы, оптимизированные для расщепления воды на водород — чистое топливо. Кристаллы, извлечённые из чистого галлия, достигли перенапряжения всего 102 милливольта в кислотных условиях, что указывает на высокую каталитическую эффективность. Согласно The Conversation, исследователи подтвердили свои результаты, создав электроды, которые эффективно производят водород из воды.
Открывая пути для новых материалов
Аспирантка Муника Виджаджана, одна из соавторов исследования, отметила, что возможность наблюдать, как температура и условия окружающей среды влияют на формирование кристаллов, представляет собой новые знания, ранее не задокументированные. «Это исследование показало, как рентгеновская компьютерная томография может преодолеть проблему наблюдения роста кристаллов в жидком металле — непрозрачном материале, который обычно невозможно пронизать светом и электронами», — сказала она.
Помимо производства водорода, выращенные в жидком металле кристаллы исследуются в качестве потенциальных компонентов для приложений в области квантовых вычислений. Профессор Калантар-Заде отметил, что его команда специализируется на расширении границ применения жидких металлов для создания новых материалов и катализаторов, ускоряющих химические реакции.
Хотя текущее состояние технологий визуализации ограничивает разрешение, ожидается, что дальнейшее развитие рентгеновской компьютерной томографии даст более глубокое понимание процесса формирования металлических кристаллов, открывая новые возможности для проектирования материалов и промышленных химических процессов.
Комментариев нет:
Отправить комментарий