Se væsker i nanoskala strømme

(Phys.org) — På nanoskalaen, hvor objekter måles i milliardtedele af meter og begivenheder finder sted i billiontedele af sekunder, ting opfører sig ikke altid, som vores erfaringer med makroverdenen kunne få os til at forvente. Vand, for eksempel, ser ud til at flyde meget hurtigere i kulstofnanorør, end klassisk fysik siger, burde være muligt. Forestil dig nu, at du prøver at optage film af disse næsten umærkeligt små nanoskalabevægelser.

Forskere ved Caltech har nu gjort netop det ved at anvende en ny billeddannelsesteknik kaldet firedimensionel (4D) elektronmikroskopi på nanofluiddynamikproblemet. I et papir, der vises i udgaven af ​​27. juni af Videnskab , Ahmed Zewail, Linus Pauling professor i kemi og professor i fysik, og Ulrich Lorenz, en postdoc i kemi, beskrive, hvordan de visualiserede og overvågede strømmen af ​​smeltet bly i et enkelt zinkoxidnanorør i realtid og rum.

4D-mikroskopiteknikken blev udviklet i Physical Biology Center for Ultrafast Science and Technology på Caltech, skabt og instrueret af Zewail for at fremme forståelsen af ​​den grundlæggende fysik af kemisk og biologisk adfærd.

I 4D mikroskopi, en strøm af ultrahurtigt bevægende elektroner bombarderer en prøve på en omhyggeligt timet måde. Hver elektron spreder fra prøven, producere et stillbillede, der repræsenterer et enkelt øjeblik, blot et femtosekund – eller en milliontedel af en milliardtedel af et sekund – i varighed. Millioner af stillbillederne kan derefter sys sammen for at producere en digital film med bevægelse i nanoskala.

I det nye værk, Lorenz og Zewail brugte enkelte laserimpulser til at smelte blykernerne af individuelle zinkoxidnanorør og derefter, ved hjælp af 4D mikroskopi, fangede, hvordan den varme væske under tryk bevægede sig inde i rørene - nogle gange opdelt i flere segmenter, producerer små dråber på ydersiden af ​​røret, eller få rørene til at knække. Lorenz og Zewail målte også friktionen af ​​væsken i nanorøret.

"Disse observationer er særligt vigtige, fordi visualisering af væskers adfærd på nanoskala er afgørende for vores forståelse af, hvordan materialer og biologiske kanaler effektivt transporterer væsker, " siger Zewail. I 1999 Zewail vandt Nobelprisen for sin udvikling af femtosekund-kemi.

Papiret har titlen "Observation af væskestrøm i nanorør ved 4D elektronmikroskopi."