Навукоўцы выпадкова адкрылі новы стан матэрыі — ні цвёрды, ні вадкі
Мы прызвычаіліся, што рэчыва можа быць цвёрдым, як камень, вадкім, як вада, ці газападобным, як паветра. Але міжнародная група навукоўцаў зрабіла дзіўнае адкрыццё: яны знайшлі стан, у якім матэрыя з'яўляецца і цвёрдай, і вадкай адначасова.
Новы стан матэрыі — «агароджаная пераахалоджаная вадкасць». Скрын відэа: nottingham.ac.uk
Група даследчыкаў з Нотынгемскага ўніверсітэта (Вялікабрытанія) і Ульмскага ўніверсітэта (Германія) паведаміла пра адкрыццё раней невядомага стану рэчыва. Яны назвалі гэты новы матэрыял «агароджаная пераахалоджаная вадкасць» (англ. corralled supercooled liquid). З падрабязнасцямі даследавання знаёміць Daily Mail.
Каб зразумець важнасць знаходкі, варта ўспомніць, як уладкаваны наш свет. За выключэннем плазмы, усе натуральныя станы рэчыва вызначаюцца тым, наколькі інтэнсіўна рухаюцца ў ім малекулы і атамы.
Калі рэчыва застывае (пераходзіць з вадкасці ў цвёрдае цела), атамы перастаюць свабодна рухацца адзін вакол аднаго і замыкаюцца ў шчыльную сетку. Гэты момант пераходу крытычна важны для прамысловасці — ад металургіі да вытворчасці лекаў, бо менавіта ён вызначае, як сфарміруюцца крышталі ў гатовым вырабе. Аднак навукоўцам заўсёды было цяжка ўбачыць, што менавіта адбываецца ў гэтую секунду, таму што атамы ў вадкасці рухаюцца занадта хутка.
Каб нарэшце разабрацца ў гэтым працэсе, даследчыкі выкарысталі электронны мікраскоп з функцыяй сканера. Яны назіралі за паводзінамі асобных атамаў у малюсенькіх узорах расплаўленага металу.
Суаўтар даследавання, доктар Крыстафер Ляйст з Ульмскага ўніверсітэта, расказвае:
«Мы пачалі з плаўлення наначасціц металаў (плаціны, золата і паладыю), нанесеных на падкладку таўшчынёй усяго ў адзін атам — графен. Мы выкарыстоўвалі графен у якасці своеасаблівай пліты для разагрэву часціц. Па меры іх расплаўлення атамы пачалі хутка рухацца, як і чакалася. Аднак, на наша здзіўленне, мы выявілі, што некаторыя атамы заставаліся нерухомымі».
Аказалася, што атамы чапляліся за мікраскапічныя дэфекты ў графене. Навукоўцы навучыліся кіраваць гэтым працэсам і змаглі пабудаваць з такіх «захраслых» атамаў замкнёнае кольца вакол вадкага металу. Унутры гэтага кольца ўтварыўся новы тып матэрыі — «агароджаная пераахалоджаная вадкасць».
Сценкі такога «загону» складаюцца з нерухомых цвёрдых атамаў, а вось унутры яго астатнія часціцы застаюцца вадкімі. З-за цеснаты і наяўнасці бар'ера яны не могуць сабрацца ў правільную крышталічную сетку, але і спыніць свой рух таксама не здольныя.
Гэта дазваляе металу заставацца вадкім пры неверагодна нізкіх тэмпературах. Напрыклад, расплаў плаціны ўдалося захаваць вадкім пры тэмпературы каля 350°C — гэта прыкладна на 1400 градусаў ніжэй за яе звычайную тэмпературу застывання.
А калі расплаў усё ж цвярдзее, атрымліваецца не нармальны крышталічны метал, а вельмі няўстойлівае, аморфнае цвёрдае цела, па структуры больш падобнае да шкла.
Прафесар Андрэй Хлабыстаў з Нотынгемскага ўніверсітэта адзначае, што гэтае дасягненне можа стаць пачаткам новай формы матэрыі, якая спалучае ў сабе характарыстыкі цвёрдых целаў і вадкасцяў.
Даследчыкі спадзяюцца, што іх адкрыццё можа прывесці да прарыву ў стварэнні новых матэрыялаў. Напрыклад, плаціна выкарыстоўваецца як каталізатар для паскарэння хімічных рэакцый. Новая тэхналогія дазволіць ствараць «самаачышчальныя» каталізатары, якія будуць працаваць больш эфектыўна і служыць значна даўжэй.
Чытайце таксама:
У Чарнобылі знайшлі незвычайны чорны грыб, які сілкуецца радыяцыяй