Para ilmuwan telah berhasil mencitrakan gerakan atom tunggal dalam cairan untuk pertama kalinya.
Dalam percobaanya, mereka menempatkan larutan air garam di antara dua lapisan yang sangat tipis yang dikenal sebagai graphene. Selanjutnya, lapisan atom Molibdenum disulfida dan platinum diletakkan dalam bagian tersebut.
Graphene secara efektif bersifat dua dimensi, sehingga para ilmuwan dapat menjebak dan mengamati bagaimana atom platinum ‘berenang’ di sepanjang permukaan di bawah tekanan yang berbeda.
“Mengingat pentingnya industri dan ilmiah yang meluas dari perilaku seperti itu, sungguh mengejutkan betapa kita masih harus belajar tentang dasar-dasar bagaimana atom berperilaku pada permukaan yang bersentuhan dengan cairan,” jelas ilmuwan material Sarah Haigh dari University of Manchester di Inggris. .
“Salah satu alasan informasi hilang adalah tidak adanya teknik yang mampu menghasilkan data eksperimental untuk antarmuka padat-cair.”
Ketika zat padat dan zat cair bersentuhan satu sama lain, perilaku kedua bahan itu berubah di tempat keduanya bertemu. Interaksi ini penting untuk memahami berbagai proses dan aplikasi, seperti bagaimana berbagai bahan di dalam tubuh kita sendiri didistribusikan.
Menggunakan mikroskop elektron transmisi (TEM), tim mempelajari bagaimana sebuah atom platinum bergerak di sekitar permukaan material. TEM membutuhkan kondisi vakum, jadi tanpa konstruksi graphene yang menahan cairan, tidak mungkin untuk dipelajari. Kondisi vakum sebenarnya mengubah perilaku material. Ini menjadi permasalahan, karena banyak bahan tidak berperilaku dengan cara yang sama di bawah kondisi tekanan yang berbeda.
Langkah selanjutnya adalah membuat satu set mikroskop “slide” khusus untuk menampung atom. Graphene adalah bahan yang ideal untuk percobaan ini, karena dua dimensi, kuat, lembam dan kedap air. Membangun pekerjaan sebelumnya, tim mengembangkan sel cairan graphene ganda yang mampu bekerja dengan teknologi TEM yang ada.
Sel ini diisi dengan larutan air garam yang dikontrol dengan tepat yang mengandung atom platinum, yang diamati tim bergerak pada permukaan padat molibdenum disulfida.
Gambar-gambar itu mengungkapkan beberapa wawasan yang menarik. Misalnya, atom bergerak lebih cepat dalam cairan daripada di luarnya, dan memilih tempat yang berbeda pada permukaan padat untuk beristirahat.
“Dalam pekerjaan kami, kami menunjukkan bahwa informasi yang menyesatkan diberikan jika perilaku atom dipelajari dalam ruang hampa daripada menggunakan sel cair kami,” kata penulis pertama Dr Nick Clark dalam sebuah pernyataan.
“Ini adalah pencapaian tonggak sejarah dan ini baru permulaan – kami sudah ingin menggunakan teknik ini untuk mendukung pengembangan bahan untuk pemrosesan kimia berkelanjutan, yang diperlukan untuk mencapai ambisi nol bersih dunia.”
Atom-atom platinum beristirahat di permukaan internal dan cairan menggesernya pada kecepatan yang lebih tinggi daripada tanpa cairan. Mereka juga menemukan bahwa keberadaan air asin menyebabkan perubahan tempat istirahat yang disukai atom di permukaan.
Pekerjaan membayangkan sel sebagai cara untuk menghasilkan hidrogen dengan cara yang berkelanjutan, tapi itu hanya satu aplikasi yang mungkin. Sel serupa digunakan dalam penyimpanan energi dan pembangkit air bersih, dan juga dapat digunakan sebagai proxy untuk sistem biologis di mana cairan dan padatan berinteraksi.
Penelitian ini telah diterbitkan di jurnal Nature.
