Nanotechnologia

Naukowcy stworzyli płynne arkusze wody o grubości mniejszej niż 100 cząsteczek wody. Pozwolą one badać chemiczne, fizyczne i biologiczne procesy, a nawet samą naturę wody, w sposób, jakiego nigdy wcześniej nie można było zastosować

Woda jest niezbędna do życia, jakie znamy, stanowiąc ponad połowę dorosłego człowieka i do 90 procent innych żywych istot. Jednak naukowcy próbujący zbadać małe próbki biologiczne w określonej długości fali światła nie byli w stanie ich zaobserwować w ich naturalnym, wodnistym środowisku, ponieważ woda pochłania zbyt dużo światła.

Teraz jest sposób na obejście tego problemu. Zespół kierowany przez naukowców z Laboratorium Przyspieszenia Narodowego SLAC w Departamencie Energii przekształcił małe strumienie cieczy, które przenoszą próbki na ścieżkę wiązki promieniowania rentgenowskiego w cienkie, sypkie arkusze, 100 razy cieńsze niż wszelkie wyprodukowane wcześniej. Są tak cienkie, że promienie X przechodzą przez nie bez przeszkód, więc obrazy próbek, są wyraźne.

„Do tej pory nie byliśmy w stanie zbadać próbek zawieszonych w wodzie za pomocą dwóch rodzajów światła – podczerwonego i” miękkiego „promieniowania rentgenowskiego o niższej energii – które są ważne przy tworzeniu obrazów i przy użyciu spektroskopii do badania podstawowych procesów w fizyce , chemia i biologia, w tym fizyka wody „- powiedział Koralek.

„Opracowana przez nas nowa dysza, która umożliwia tworzenie płynnych arkuszy cieczy, które utrzymują się przez kilka dni w próżni, rozwiązuje ten problem. Arkusze można nawet wykorzystywać do obrazowania próbek za pomocą wiązki elektronów, które ukazują nawet mniejsze detale. „

Kształtując ciecz gazem

Dysza to mały szklany czip z trzema mikroskopijnymi kanałami. Strumień cieczy przepływa przez środkowy kanał, ukształtowany przez strumienie gazu dochodzące z kanałów po obu stronach. Ta szczególna dysza została wykonana przy użyciu fotolitografii, ale można ją również wykonać za pomocą druku trójwymiarowego – zauważyli naukowcy.

Gdy naukowcy zwiększą prędkość przepływu gazu, strumień rozprzestrzenia się na serię arkuszy, których szerokość i grubość można precyzyjnie kontrolować. Blacha najbliżej dyszy jest najszersza i najcieńsza; Im dalej od dyszy, tym węższe i grubsze arkusze stają się, aż w końcu scalą się w cylindryczny strumień.

Arkusze migoczą jak bańki mydlane w różnych kolorach, w wyniku czego światło odbija się od przedniej i tylnej powierzchni. Tak jak linie konturu na mapie topograficznej oznaczają różnice w wysokości, odcień i odstępy zmieniających się pasm koloru arkusza wskazują, jak  zmienia się grubość.

„Jest to bardzo elastyczny i niezawodny projekt do tworzenia ultracienkich i nieco grubszych płynnych arkuszy, które mogą być pożądane w niektórych zastosowaniach” – powiedziała Linda Young z Argue National Laboratory w Argentynie i profesor University of Chicago, który nie był zaangażowany w badania.

Nowy sposób badania ekstremalnych form wody

Płynne arkusze zostały już wykorzystane w eksperymentach, które badają właściwości wody w ekstremalnych środowiskach, takich jak na gigantycznych planetach, powiedział współautor Siegfried Glenzer, profesor SLAC i szef działu High Energy Density Science w laboratorium. Eksperymenty te przeprowadzono za pomocą lasera na swobodnych elektronach FLASH w niemieckim Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY). Naukowcy wykorzystali impulsy promieniowania rentgenowskiego do podgrzania ciekłych arkuszy do tysięcy stopni, aby zasymulować wyjątkowo ciepłą, gęstą formę wody obecną na gigantycznych planetach. Następnie mierzyli współczynnik odbicia i przewodnictwa nad gorącą wodą za pomocą optycznych impulsów laserowych w chwili, gdy woda odparowała. Pomiary te można wykonać tylko na płaskim arkuszu wody.

„Na tych wielkich planetach jest wiele tajemnic i są one ważne dla zrozumienia ewolucji naszego układu planetarnego, jak również innych,” powiedział Glenzer. „To jest piękne narzędzie do badania samej wody, a w przyszłości będziemy również badać inne materiały”.

Zespół zmierzył grubość arkuszy wiązką światła podczerwonego w Advanced Light Source w DOE’s Lawrence Berkeley National Laboratory. Ponadto wykazał, że arkusze mogą być używane do spektroskopii w podczerwieni, gdzie światło pochłonięte przez materiał ujawnia jego chemiczny skład.

Redaktor: Agata Ducka

Źródło: https://nano-magazine.com/news/2018/4/27/scientists-create-tiny-super-thin-sheets-of-flowing-water

Źródło grafiki: https://pl.freeimages.com