Meghökkentő felfedezés: Új anyagi állapot az folyadékok és szilárd anyagok határvonala között
Legutóbbi kutatások szerint létezhet egy eddig ismeretlen, új anyagi állapot, amely a folyadékok és szilárd anyagok határvonalán található. Ez a jelenség akkor lép fel, amikor bizonyos atomok mozdulatlanok maradnak a folyékony fémekben, ami alapjaiban változtathatja meg a szilárdulási folyamatokkal és a fémek technológiai alkalmazásaival kapcsolatos ismereteinket.
A technológiai fejlődéssel párhuzamosan fontosabbá válik a különböző anyagok viselkedésének megértése szélsőséges körülmények között. A fémek folyadékból szilárd állapotba való átalakulása különösen kritikus folyamat, hiszen ez határozza meg a végső anyagszerkezetet és működési jellemzőit. Egy új tanulmány rávilágít arra, hogy a szolidálási folyamat előtti átmeneti állapotban egy új anyagi állapot alakulhat ki, ami sem teljesen folyékony, sem klasszikus szilárd.
Az új anyagi állapot atomi szinten
A Nottingham Egyetem (Egyesült Királyság) és az Ulmi Egyetem (Németország) kutatói azt vizsgálták, mi történik a fémekkel közvetlenül a szilárdulás előtt, a tanulmányukat pedig az ACS Nano folyóiratban publikálták.
A kísérletek során arany, platina és palládium nanopartikulumokat olvasztottak meg, majd egy vékony grafénrétegre helyezték, amely támogató és egyben fűtőfelületként is funkcionált. A transzmissziós elektronmikroszkóp segítségével elemezték az olvadt fém nanócseppjeit, ahogy fokozatosan lehűltek.
Amikor a fémek megolvadtak, a többségük atomja várható módon, gyorsan mozgott, ahogy az egy folyadéktól elvárható. Azonban a kutatók meglepő jelenségre lettek figyelmesek: a folyékony fém egyes atomjai mozdulatlanok maradtak, függetlenül a hőmérséklettől, és elkezdtek kapcsolódni a grafén alátámasztásában lévő hibapontokhoz. Ez a viselkedés teljesen eltér attól, amit korábban a folyadékok atomi szintű viselkedésével kapcsolatban tudtunk.
„Atomi kerítés” kialakulása
Ahogy a Popular Mechanics is beszámolt róla, a kutatás kulcsfontosságú eleme az volt, hogy a tudósok képesek voltak kontrollálni a mozdulatlan atomok számát. Elektronnyaláb segítségével növelték a grafén hibáit, ezzel több mozdulatlan atom és molekula létrejöttét segítve elő a folyékony fém belsejében. Ezek a részecskék nem csupán elszigetelten helyezkedtek el, hanem gyűrűszerű struktúrákat, úgynevezett „atomi kerítést” alkothattak a folyadék körül, ami meghatározó volt a szilárdulási folyamat szempontjából.
Ha csak néhány mozdulatlan atom volt jelen, a folyékony fém végül kristályosodott, és szilárddá vált. Ám amikor számos mozdulatlan atom vette körül a folyadékot, a kristályosodás teljesen megakadályozható volt, így a fém folyékony állapotban maradt, még az átlagos fagyáspontja alatt is.
Például a platina nanopartikulumok esetében a kutatók észlelték, hogy a folyadék állapotát még 350°C-on is meg tudta tartani, ami több mint 1000 fokkal alacsonyabb, mint a normál fagyáspontja. Mivel ez az állapot sem klasszikus folyadékként, sem hagyományos szilárdként nem írható le, a szerzők új anyagi állapotnak nevezik.
A felfedezés jelentősége
Érdekes módon, ez az új anyagi állapot nem tartós. Idővel a folyadék végül szilárdul, de nem szabályos kristályszerkezetbe, hanem instabil, amorf formába. Amint az „atomi kerítés” megbomlik, a struktúra szinte azonnal átváltozik hagyományos kristállyá.
A kutatók arra figyelmeztetnek, hogy ennek a felfedezésnek a gyakorlati következményei óriásiak lehetnek. Az új anyagi állapot jobb megértése hozzájárulhat a ritkaföldfémek hatékonyabb felhasználásához az energiaátalakítás és -tárolás terén, valamint javíthatja a szénalapú platina anyagok teljesítményét.
Forrás: dailynewshungary.com/new-state-of-matter/
