Η μελέτη 3D απεικόνισης αποκαλύπτει πώς τα άτομα είναι συσκευασμένα σε άμορφα υλικά
Τα άμορφα υλικά, επίσης γνωστά ως μη κρυσταλλικά υλικά, χαρακτηρίζονται από την έλλειψη κανονικής, επαναλαμβανόμενης ατομικής δομής. Αυτό τους καθιστά πολύ διαφορετικούς από τα κρυσταλλικά υλικά, όπως τα μέταλλα και τα άλατα, τα οποία έχουν διατεθεί σε ατομικές ρυθμίσεις. Αν και τα άμορφα υλικά είναι γύρω μας, από το γυαλί στα παράθυρά μας μέχρι τα πολυμερή στα πλαστικά μας, εξακολουθούμε να μην καταλαβαίνουμε πλήρως πώς τα άτομα τους είναι γεμάτα μαζί.
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια νεοσυσταθείσα τεχνική απεικόνισης 3D που ονομάζεται τομογραφία ηλεκτρονικής μικροσκοπίας μετάδοσης μετάδοσης (STEM) για να τραβήξει φωτογραφίες μεμονωμένων ατόμων σε ένα άμορφο υλικό. Σε αυτή την τεχνική, μια δέσμη ηλεκτρονίων υψηλής ενέργειας επικεντρώνεται σε ένα λεπτό φιλμ του υλικού και τα προκύπτοντα διάσπαρτα ηλεκτρόνια χρησιμοποιούνται για την ανακατασκευή μιας 3D εικόνας των ατομικών ρυθμίσεων.
"Η πρόκληση με αυτούς τους τύπους υλικών είναι ότι συχνά δεν γνωρίζουμε την κρυσταλλική δομή τους, οπότε χρειαζόμαστε μια μέθοδο που μας επιτρέπει να καθορίσουμε την 3D κατανομή των ατόμων μέσα στο υλικό", εξηγεί ο καθηγητής Hanbin Zhang, επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης. "Η τομογραφία Stem μας επιτρέπει να κάνουμε ακριβώς αυτό."
Χρησιμοποιώντας αυτήν την τεχνική, οι ερευνητές μπόρεσαν να εντοπίσουν δύο ξεχωριστούς τύπους ατομικών ρυθμίσεων στο άμορφο υλικό που μελέτησαν. Ένας τύπος ρύθμισης χαρακτηρίστηκε από πυκνές συστάδες ατόμων, ενώ το άλλο ήταν πιο ανοιχτό και διάχυτο. Οι ερευνητές πιστεύουν ότι αυτοί οι δύο τύποι ρυθμίσεων μπορεί να είναι υπεύθυνοι για τις μοναδικές ιδιότητες του υλικού, όπως η υψηλή αντοχή και η ευελιξία του.
Οι ερευνητές λένε ότι το έργο τους θα μπορούσε να έχει εκτεταμένες συνέπειες για την κατανόηση της δομής μιας ευρείας ποικιλίας άμορφων υλικών. Αυτό θα μπορούσε να οδηγήσει στην ανάπτυξη νέων υλικών με βελτιωμένες ιδιότητες για μια ποικιλία εφαρμογών, όπως γυαλί, κράματα μετάλλων και πολυμερή.
