Életbevágó szilárdulás és mindennapi alkalmazások
A szilárdulás központi jelentőségű a természetben: a kristályosodás felelős az ásványok születéséért, a jég képződéséért vagy a fehérjék sajátos hajtogatódásáért. De legalább ilyen fontosságú a technológiában, legyen szó gyógyszergyártásról, repülésről, építőiparról vagy elektronikai megoldásokról. Most, az angliai Nottingham és a németországi Ulm egyetemek kutatói áttörő, valós idejű felvételeket készítettek arról, ahogy a nanoméretű fémcseppek megszilárdulnak, a fejlett transzmissziós elektronmikroszkópia révén.
Hogyan eredményezett forradalmat egy vékony grafénlap?
A kísérlethez arany-, platina- és palládium-nanorészecskéket helyeztek egyetlen atom vastagságú grafénlapra, majd felhevítették őket. Az atomi szintű „főzőlapként” szolgáló grafén lehetővé tette, hogy a kutatók közvetlenül figyeljék meg az atomok mozgását. Noha azt várták, hogy minden atom élénken mozog majd, valójában néhány szorosan lekötve a helyén maradt. Ezek a rögzített helyek akkor is stabilak maradtak, ha a hőmérséklet akár 1800 Celsius-fok közelébe emelkedett.
Az elektronnyaláb fókuszával szabályozni tudták, hány ilyen rögzített hely jön létre, vagyis kontrollálni lehetett a mozgásképtelen atomok arányát a folyadékon belül.
Amikor az anyag megtagadja a kristályosodást
A legmeglepőbb, hogy amikor sok ilyen rögzített atom körülveszi a fémcsepp szélét, egyfajta atomi karám jön létre, amelyben a folyadék akár 350 Celsius-fokon is folyékony marad, noha normál esetben ennél jóval magasabb hőmérsékleten szilárdulna meg. Ha végül lecsökken a hőmérséklet, a folyadék nem szabályos kristályt, hanem amorf, instabil szilárd anyagot hoz létre, amely kizárólag az atomi karámmal tartható fenn. Amint a karám megszűnik, az anyag visszatér a megszokott kristályos szerkezethez.
Új lehetőségek a katalízistől a tiszta energiáig
Nem sokkal később újabb csavar következett: kiderült, hogy a platina–szén felületek, amelyek az ipar legfontosabb katalizátorai közé tartoznak, a karámhatással előre nem látott módon viselkednek. Ezáltal az új anyagállapot forradalmasíthatja, miként értelmezzük a katalízist, például továbbfejlesztve az enzimek vagy ritka fémek felhasználását, javítva azok hatékonyságát és élettartamát.
Eddig ilyen karám létrehozására csak fotonokkal vagy elektronokkal nyílt lehetőség, most azonban az atomokat sikerült elsőként így „terelgetni”. A tudósok szerint a következő lépés a bonyolultabb alakzatok építése lehet, amelyek számos új, például energiaátalakítási és -tárolási technológia előtt nyithatnak utat.
