محلول های مخلوط در کوچکترین لوله های آزمایشگاهی جهان

واکنشهای شیمیایی محلول ها با رزولوشن زیر نانومتر

توانایی مشاهده واکنشهای شیمیایی مبتنی بر محلول با رزولوشن زیر نانومتر در زمان واقعی از زمان اختراع میکروسکوپ الکترونی که 90 سال پیش انجام شده است ، بسیار مورد توجه بوده است.

تصویربرداری از پویایی واکنشهای شیمیایی می تواند بینشی مکانیکی و استراتژی های راهنما را برای تنظیم خواص مواد حاصله فراهم کند.

میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM)

میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) یکی از معدود ابزارهایی است که قادر به جدا سازی اتمهای منفرد است ، اگرچه به طور معمول به نمونه های کاملاً خشک تصویربرداری شده در محیط خلا نیاز دارد و از هرگونه سنتز شیمیایی مرطوب جلوگیری می کند.

بر اساس کارهای قبلی در زمینه تولید سلولهای مایع گرافن که امکان تصویربرداری TEM از نانوساختارهای فاز مایع را دارند ، تیمی از محققان مستقر در انستیتوی ملی گرافن دانشگاه منچستر با همکاری محققان دانشگاه لایب نیتس هانوفر نشان داده اند که می توان دو محلول را در داخل میکروسکوپ مخلوط کرد و در زمان واقعی تصویربرداری شده است.

تحقیقات جدید ، که امروز در Advanced Materials منتشر شده است ، جزئیات یک پلت فرم تصویربرداری جدید را نشان می دهد که برای بررسی رشد کربنات کلسیم استفاده شده است. این ماده کلید بسیاری از فرآیندهای شیمیایی طبیعی و مصنوعی است. به عنوان مثال ، کربنات کلسیم جز اصلی در پوسته بسیاری از موجودات دریایی است و روند تشکیل آن با افزایش اسیدی شدن اقیانوس ها تحت تأثیر قرار می گیرد.

رسوب کربنات کلسیم برای درک تخریب بتن نیز ضروری است و مواد افزودنی فراگیر برای بسیاری از محصولات از کاغذ ، پلاستیک ، لاستیک ، رنگ و جوهر گرفته تا مواد دارویی ، مواد آرایشی ، مواد ساختمانی و غذاهای حیوانی است. با این وجود ، با وجود این استفاده گسترده ، مکانیسم تبلور برای کربنات کلسیم به طور گسترده ای مورد بحث است.

در این کار نویسندگان شواهد تجربی جدید و اصلی را برای حمایت از مسیر تبلور پیچیده پیش بینی شده ارائه می دهند. این تیم به سرپرستی پروفسور سارا هایگ و دکتر رومن گورباچف ​​دسته ای از مواد مختلف دو بعدی را طراحی کردند که حاوی محفظه های محلول مایع در مقیاس نانو در میکروسل های شکسته شده در نیترید بور شش ضلعی است. این میکروسل ها توسط یک غشا thin نازک اتمی جدا شده و با گرافن مهر و موم شده اند که به عنوان یک "پنجره" برای تصویربرداری با پرتو الکترون عمل می کند.

سپس دو جیب محلول با تمرکز پرتو الکترون در میکروسکوپ مخلوط شدند تا به صورت موضعی غشای جداسازی را بشکنند. این امر باعث شد که دو معرف شیمیایی از قبل بارگیری شده درجا مخلوط شوند و روند تبلور از ابتدا تا انتها قابل کنترل باشد.

استفاده از پرتو الکترون

نویسنده اصلی دکتر دانیل کلی می گوید: "یکی از ویژگی های اصلی طراحی سلول مخلوط ما استفاده از پرتو الکترون برای تصویربرداری و سوراخ شدن سلول ها بود. بر خلاف تلاش های قبلی ، این امکان را برای ما فراهم می آورد تا واکنش را از لحظه اول تماس راه حل ها برقرار شد. "

جدول زمانی واکنش با استفاده از فیلم ها و تکنیک پیشرفته پردازش تصویر برای اندازه گیری تکامل گونه های کربنات کلسیم گرفته شد. ترکیبی منحصر به فرد از وضوح مکانی و کنترل زیاد زمان اختلاط ، و همچنین تجزیه و تحلیل عنصری درجا ، به تیم امکان مشاهده تبدیل قطرات نانو مایع به پیش سازهای بی شکل و در نهایت ذرات کریستالی را داد.

نتایج نشان می دهد اولین تأیید تصویری جداسازی فاز مایع و مایع ، نظریه ای که طی دهه گذشته به شدت در میان شیمی دانان معدنی مورد بحث بوده است.

دکتر نیک کلارک ، نویسنده درباره مسیر آینده این پلتفرم تصویربرداری جدید می گوید: "تاکنون ما در درجه اول بر توصیف تشکیل کربنات کلسیم تمرکز کرده ایم ، اما خوشبین هستیم که این نوع آزمایش برای مطالعه بسیاری از مخلوط های پیچیده دیگر نیز گسترش یابد. "

مرتبط:

طراحی سیستم سنتز شیمیایی بر اساس نیروی چرخشی

تولید مواد شیمیایی بهسازی آب

منبع:

https://phys.org