Cientistas revelam as primeiras imagens de átomos ‘nadando’ em líquido

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Célula líquida dupla de grafeno. (Créditos: Clark et al., Universidade de Manchester)

Traduzido por Julio Batista
Original de Michelle Starr para o ScienceAlert

O movimento de átomos individuais através do líquido foi capturado pela primeira vez na câmera.

Usando uma mistura empilhada de materiais tão finos que são efetivamente bidimensionais, cientistas prenderam e observaram átomos de platina ‘nadando’ ao longo de uma superfície sob diferentes pressões.

Os resultados nos ajudarão a entender melhor como a presença do líquido altera o comportamento de um sólido com o qual ele está em contato – o que, por sua vez, tem implicações que podem ser no desenvolvimento de novas substâncias e materiais.

“Dada a ampla importância industrial e científica de tal comportamento, é realmente surpreendente o quanto ainda temos que aprender sobre os fundamentos de como os átomos se comportam em superfícies em contato com líquidos”, explicou a cientista de materiais Sarah Haigh, da Universidade de Manchester, no Reino Unido.

“Um dos motivos da falta de informação é a ausência de técnicas capazes de produzir dados experimentais para interfaces sólido-líquido.”

Quando um sólido e um líquido estão em contato um com o outro, os comportamentos de ambos os materiais são modificados onde eles se encontram. Essas interações são importantes para a compreensão de uma ampla gama de processos e aplicações, como o transporte de materiais dentro de nossos próprios corpos ou o movimento de íons dentro de baterias.

É, como observam os pesquisadores, extremamente difícil ver o mundo na escala atômica. A microscopia eletrônica de transmissão (MET), que utiliza um feixe de elétrons para gerar uma imagem, é uma das poucas técnicas disponíveis.

Mesmo assim, obter dados confiáveis ​​sobre o comportamento dos átomos dessa maneira tem sido complicado. Trabalhos anteriores em células líquidas de grafeno foram promissores, mas produziram resultados inconsistentes. Além disso, a MET normalmente requer um ambiente de alto vácuo para ser executado. Isso é um problema, pois muitos materiais não se comportam da mesma maneira sob diferentes condições de pressão.

Felizmente, uma forma de MET foi desenvolvida para operar em ambientes líquidos e gasosos, que é o que a equipe empregou para sua pesquisa.

O próximo passo foi criar um conjunto especial de “lâminas” de microscópio para conter os átomos. O grafeno é o material ideal para esses experimentos, pois é bidimensional, forte, inerte e impermeável. Com base em trabalhos anteriores, a equipe desenvolveu uma célula líquida dupla de grafeno capaz de trabalhar com a tecnologia de MET existente.

Esta célula foi preenchida com uma solução de água salgada controlada com precisão contendo átomos de platina, que a equipe observou se movendo em uma superfície sólida de dissulfeto de molibdênio.

As imagens revelaram algumas visões fascinantes. Por exemplo, os átomos se movem mais rápido no líquido do que fora dele e escolhem diferentes lugares na superfície sólida para repousar.

Além disso, os resultados dentro e fora de uma câmara de vácuo foram diferentes, sugerindo que variações na pressão do ambiente podem influenciar o comportamento dos átomos. Além disso, os resultados de experimentos obtidos em câmaras de vácuo não serão necessariamente indicativos desse comportamento no mundo real.

“Em nosso trabalho, mostramos que informações enganosas podem aparecer se o comportamento atômico for estudado no vácuo em vez de usar nossas células líquidas”, disse o engenheiro de materiais Nick Clark, da Universidade de Manchester.

“Esta é uma conquista marcante e é apenas o começo – já estamos procurando usar essa técnica para sustentar o desenvolvimento de materiais para processamento químico sustentável, necessário para alcançar as metas de neutralidade de carbono do mundo”.

O material que a equipe estudou é relevante para a produção de hidrogênio verde, mas tanto suas técnicas quanto os resultados obtidos têm implicações muito mais amplas, disseram os pesquisadores.

O artigo foi publicado na Nature.