Исследователи из Университета Техаса (Остин) изучили плавление материалов на наноуровне с помощью самой маленькой в мире пипетки, диаметр которой в тысячи раз меньше диаметра человеческого волоса.

Полученная с помощью TEM раскадровка процесса плавления частицы золота. Плавление начинается при 346°C, при увеличении температуры расплавленное золото движется вглубь нанопровода. Германий рекристаллизуется в сферической части «пипетки», в то время как расплав Au/Ge перемещается к основе нанопровода. (Рисунок из Science, 2009, 326, 405)

Наноразмерная пипетка состояла из тонкой углеродной оболочки, в нее поместили нитевидный кристалл (нанопровод) из германия, на кончике которого находились крошечные частички золота, наблюдение за процессами, протекающими при нагревании такой системы, проводили с помощью электронного просвечивающего микроскопа (ТЕМ). Исследователи нагревали «пипетку» и наблюдали за плавлением золота, нанесенного на конец нанопровода.

Возглавлявший исследование Брайан Коргель (Brian Korgel) отмечает, что проведенный эксперимент относительно прост – по существу он заключался в наблюдении за такими хорошо известными явлениями, как плавление, капиллярные явления и диффузия, просто размеры объектов, за которыми шло наблюдение, были много меньше, чем изученные до настоящего времени. Тем не менее, в ходе подобных экспериментов могут быть выявлены фундаментальные особенности фазовых переходов на наноуровне, что может оказаться весьма полезным для создания новых и оптимизации известных технологий, основанных на применении наноматериалов.

В ходе эксперимента плавление нанопровода происходило при увеличении температуры, однако форма плавящегося объекта сохранялась благодаря тому, что пипетка из углерода не позволяла ему изменять форму. Коргель отмечает, что для наноразмерных объектов характер фазовых переходов может отличаться от, например, плавления компактной формы вещества, так на процессы фазовых переходов могут влиять размеры плавящегося материала.

Он добавляет, что изменение формы объекта, происходящее в результате фазового перехода, может существенно усложнить интерпретацию полученных результатов, которые в таком случае даже могут и не описывать реальное поведение системы. Именно для этого и используется жесткий углеродный контейнер, позволяющий плавящемуся веществу сохранить форму и получать минимально искаженную информацию о фазовых переходах наночастиц.

Источник: Science, 2009, 326, 405, DOI: 10.1126/science.1178179