Пусть идёт снег: учёные делают металлические снежинки из наночастиц

Увеличить / СЭМ-изображение самособирающейся наноразмерной снежинки из растворенного цинка в жидком растворителе галлия. Вайпапа Таумата Рау/Оклендский университет

У нас редко бывает время, чтобы написать обо всех интересных научных историях, которые попадаются нам на пути. Итак, в этом году мы снова выпускаем специальную серию постов о Двенадцати днях Рождества, освещая научную историю, которая провалилась в 2022 году, каждый день с 25 декабря по 5 января. Сегодня: Ученые из Новой Зеландии и Австралии создали крошечные металлические снежинки.

Ученые из Новой Зеландии и Австралии проводили эксперименты атомного масштаба с различными металлами, растворенными в жидком растворителе галлия, когда заметили нечто необычное: различные типы металлов самособирались в различные формы кристаллов, а цинк образовывал крошечные металлические снежинки. Они описали свои выводы в статье, опубликованной ранее в этом месяце в журнале Science.

"В отличие от нисходящих подходов к формированию наноструктур путем разрезания материала, эти восходящие подходы основаны на самосборке атомов", – говорит соавтор Никола Гастон из Оклендского университета. «Это то, как природа создает наночастицы, и это дешевле и намного точнее, чем нисходящие методы. А еще есть что-то очень классное в создании металлической снежинки!"

Снежинки — самый известный пример роста кристаллов, по крайней мере среди населения в целом. Давно известно, что при определенных условиях водяной пар может конденсироваться непосредственно в мельчайшие кристаллы льда, обычно имеющие форму шестиугольной призмы (две шестиугольные «базальные» грани и шесть прямоугольных «призматических» граней). Но этот кристалл также притягивает больше капель воды, охлажденных в воздухе. Ветви выходят из углов монокристаллов, образуя снежинки все более сложной формы.

Форма снежинок и кристаллов снега издавна привлекала ученых, таких как Иоганн Кеплер, который в 1611 году отошел от наблюдения за звездами и опубликовал короткую статью под названием "О шестиугольной снежинке" . Его заинтриговал тот факт, что снежные кристаллы всегда имеют шестикратную симметрию. Примерно 20 лет спустя Рене Декарт стал поэтом, наблюдая гораздо более редкие 12-гранные снежинки, «настолько идеально сформированные в виде шестиугольников, шесть сторон которых были такими прямыми, а шесть углов такими равными, что люди ничего не могли сделать». настолько точным». тот же самолет. , следуя обычному порядку природы."

Роберт Гук Микрография, опубликованная в 1665 году, содержала несколько зарисовок снежинок, которые он наблюдал под микроскопом. Но никто не занимался по-настоящему систематическим изучением снежных кристаллов до 1950-х годов, когда японский физик-ядерщик по имени Укичиро Накая определил и каталогизировал все основные типы снежных кристаллов. Накая был первым, кто вырастил искусственные кристаллы снега в лаборатории. В 1954 году он опубликовал книгу о своих открытиях: Снежные кристаллы: природные и искусственные

Наблюдайте, как снежинка «вырастает» в сложную кристаллическую структуру. Кредит: Кеннет Либбрехт

Благодаря новаторской работе Накая мы знаем, что определенные атмосферные условия, такие как температура и влажность, могут влиять на форму снежинки. Звездообразные формы образуются при -2 градусах Цельсия и -15 градусах Цельсия, а столбы образуются при -5 градусах Цельсия и снова около -30 градусов Цельсия. И чем выше влажность, тем сложнее форма. При особо высокой влажности они могут образовываться даже в...