Исследователи из Новой Зеландии и Австралии вырастили крошечные металлические снежинки, кубики, стержни и другие формы. Нанокристаллы, образующиеся из жидкого металла, как снег, продемонстрировали интригующий новый потенциальный метод изготовления наноразмерных структур.
Команда провела серию экспериментов с галлием, интригующим металлом с низкой температурой плавления чуть ниже 30°C, а это означает, что температуры в летний день — или даже просто подержать его в руке — достаточно, чтобы превратить его в жидкость. Исследователи изготавливали сплавы, смешивая галлий с другими металлами, такими как цинк, никель, медь, олово, платина, висмут, серебро и алюминий, и наблюдали за динамикой образующихся кристаллов.
Металлы смешивали при высоких температурах, поэтому оба металла находились в жидкой форме, затем сплав охлаждали до такой степени, что вторичный металл становился твердым, а галлий оставался жидким. Это привело к тому, что твердый металл выпадал в осадок из жидкого галлия и кристаллизовался в различные формы, в зависимости от металла. Сюда входили кубы, стержни, октаэдры, шестиугольные и прямоугольные пластины.
Но самым странным было поведение цинка, образующего фрактальные структуры, напоминающие снежинки. При ближайшем рассмотрении исследователи обнаружили, что специфические атомные взаимодействия между галлием и различными металлами привели к образованию кристаллов различной формы. В случае цинка, например, каждый атом окружен шестью соседями по образцу, напоминающему снежинку.
Изображения кристаллов цинка, полученные после одного дня (слева), 10-ти дней (в центре) роста при начальной температуре 350°C и одного дня роста при начальной температуре 550°C (справа), показывающие, как их форма изменяется с течением времени. Фото: Dr Jianbo Tang.
Как бы круто это ни было, это не просто вопрос изготовления крошечных металлических снежинок. Команда говорит, что эту технику можно использовать для создания наночастиц различной формы для использования в электронике или производстве материалов.
«В отличие от нисходящих подходов к формированию наноструктуры — путем вырезания материала — восходящий подход основан на самосборке атомов», — говорит профессор Никола Гастон, автор исследования. «Вот как природа создает наночастицы, и это менее расточительно и гораздо точнее, чем нисходящие методы. А еще есть что-то очень крутое в создании металлической снежинки!».
Исследование опубликовано в журнале Science.
Источник: University of Auckland.
