Ученые впервые сняли на видео рост кристаллов в жидком металле

Стержни кристаллов платины в капле жидкого металла. Автор: Widjajana et al.

Исследователи из Сиднейского университета впервые зафиксировали процесс роста кристаллов платины внутри жидкого металла с помощью мощной рентгеновской технологии. Это дает уникальное представление о том, как формируются эти хрупкие структуры.

Кристаллы, выращенные в жидком металле, могут стать ключом к созданию новых материалов. Они потенциально являются важным компонентом для технологий получения водорода из воды и применения в квантовых вычислениях.

Как жидкие металлы позволяют выращивать кристаллы

Жидкие металлы, такие как галлий, — любопытные элементы. Они обладают свойствами твердых металлов, но при этом текучи. При комнатной температуре галлий напоминает твердые блоки, но при нагреве до температуры тела превращается в жидкие металлические лужицы.

«Наблюдать за формированием кристаллов внутри жидких металлов, таких как галлий, — сложная задача. Галлий — очень плотный элемент, и он настолько непрозрачен, что большинство микроскопов не могут проникнуть через его толстый слой», — пояснил профессор Курош Калантар-Заде, руководивший исследованием.

Команда использовала рентгеновскую компьютерную томографию, оборудование, обычно применяемое в медицинской визуализации. Аппаратура показала внутренние детали металлических кристаллов в 3D, демонстрируя, как формируются характерные стержневидные или похожие на иней структуры в течение минут и часов.

Рентгеновская томография выявляет хрупкие инееподобные структуры в галлии. Автор: Widjajana et al.

Потенциал для новых материалов и катализаторов

«Чтобы понять, как жидкие металлы могут формировать будущее умных материалов, нам нужно понять их металлические и химические свойства изнутри», — отметил профессор Калантар-Заде.

Противоречивая природа жидких металлов, сочетающих металлические и жидкие свойства, делает их желанными в материаловедении. Исследователи рассматривают их как будущее промышленных химических процессов.

«Жидкие металлы также являются хорошими растворителями с мощной способностью растворять другие металлические элементы, подобно сахару в воде», — добавил профессор.

Избыток металлических элементов приводит к образованию кристаллов. В данном исследовании ученые растворяли частицы платины в галлии или сплаве галлия с индием при 500 градусах Цельсия, а затем охлаждали, чтобы запустить процесс кристаллизации.

Кристаллы, растущие в жидком металле. Автор: Widjajana et al.

Рентгеновская томография позволила создать 3D-изображение капли сплава платины и галлия, что дало возможность картировать процесс формирования кристаллов. При охлаждении сплава начали быстро формироваться крошечные кристаллические стержни.

«Мы с увлечением наблюдали, как металлические частицы различных кристаллических ориентаций росли внутри жидких металлов при изменении температуры и условий окружающей среды», — рассказала соавтор исследования, аспирантка Муника Виджаяна.

Исследование показало, как рентгеновская томография может преодолеть сложности наблюдения роста кристаллов внутри жидкого металла — непрозрачного материала, который обычно невозможно проникнуть светом и электронами.