لأول مرة... التقاط صور لذرات تسبح في سائل

لأول مرة التقطت كاميرا حركة ذرات مفردة عبر سائل باستخدام مواد شديدة الرقة بحيث تكون ثنائية الأبعاد؛ فقد لاحظ علماء ذرات البلاتين «تسبح» على طول سطح تحت ضغوط مختلفة. إذ سيساعد هذا على فهم أفضل لكيفية تغيير وجود السائل لسلوك المادة الصلبة التي تكون على اتصال بها؛ والتي بدورها لها آثار يمكن أن تؤدي لتطوير مواد جديدة، وذلك حسبما نشر موقع «ساينس إليرت» العلمي المتخصص.
وأوضحت عالمة المواد سارة هاي من جامعة مانشستر في المملكة المتحدة «نظرا للأهمية الصناعية والعلمية الواسعة النطاق لمثل هذا السلوك، فمن المدهش حقا أنه لا يزال يتعين علينا التعرف على أساسيات سلوك الذرات على الأسطح الملامسة للسوائل. وأحد أسباب فقدان المعلومات هو عدم وجود تقنيات قادرة على إنتاج بيانات تجريبية للواجهات الصلبة والسائلة».
ووفق الموقع، عندما تتلامس المادة الصلبة والسائلة مع بعضهما البعض يتم تعديل سلوك المادتين كلتيهما حيث يلتقيان. وهذه التفاعلات مهمة لفهم مجموعة واسعة من العمليات والتطبيقات، مثل نقل المواد داخل أجسامنا أو حركة الأيونات داخل البطاريات.
كما لاحظ الباحثون، انه من الصعب للغاية رؤية العالم على المستوى الذري. فيما يعد المجهر الإلكتروني للإرسال (TEM)، الذي يستخدم شعاعا من الإلكترونات لإنشاء صورة، أحد التقنيات القليلة المتاحة.
ومع ذلك، كان الحصول على بيانات موثوقة عن سلوك الذرات بهذه الطريقة أمرا صعبا. كما كان العمل السابق في خلايا الغرافين السائلة واعدا، لكنه أسفر عن نتائج غير متسقة. وبالإضافة إلى ذلك، يتطلب TEM عادة بيئة فراغ عالية للتشغيل. وهذه مشكلة لأن العديد من المواد لا تتصرف بنفس الطريقة في ظل ظروف ضغط مختلفة.
ولحسن الحظ، تم تطوير شكل من أشكال TEM للعمل في البيئات السائلة والغازية، وهو ما وظفه الفريق لأبحاثه.
وكانت الخطوة التالية هي إنشاء مجموعة خاصة من «الشرائح» المجهرية لاحتواء الذرات.
والغرافين هو المادة المثالية لهذه التجارب، لأنه ثنائي الأبعاد وقوي وخامل وغير منفذ.
وبناء على العمل السابق، طور الفريق خلية سائلة مزدوجة من الغرافين قادرة على العمل مع تقنية TEM الحالية.
وكانت هذه الخلية مليئة بمحلول ماء مالح مضبوط بدقة يحتوي على ذرات بلاتين، والذي لاحظ الفريق أنه يتحرك على سطح صلب من ثاني كبريتيد الموليبدينوم.
وكشفت الصور عن بعض الأفكار الرائعة. بينها حركة الذرات في السائل أسرع من خارجه. واختارت أماكن مختلفة على السطح الصلب لتستقر.
وبالإضافة إلى ذلك، كانت النتائج داخل وخارج غرفة التفريغ مختلفة، ما يشير إلى أن الاختلافات في ضغط البيئة يمكن أن تؤثر على كيفية تصرف الذرات. وعلاوة على ذلك، فإن نتائج التجارب التي تم الحصول عليها في الغرف المفرغة لن تكون بالضرورة مؤشرا على هذا السلوك في العالم الحقيقي.
وفي توضيح أكثر لها الأمر، قال مهندس المواد نيك كلارك من جامعة مانشستر «في عملنا نظهر أنه يتم توفير معلومات مضللة إذا تمت دراسة السلوك الذري في فراغ بدلا من استخدام الخلايا السائلة. وهذا إنجاز مهم وهو البداية فقط؛ فنحن نتطلع بالفعل لاستخدام هذه التقنية لدعم تطوير المواد اللازمة للمعالجة الكيميائية المستدامة، اللازمة لتحقيق طموحات العالم الصافية الصفرية».