Premières images d’atomes en mouvement dans un liquide capturées par un microscope électronique à transmission

En développant une méthode pour observer le mouvement des atomes dans un liquide, des scientifiques de l’Université de Manchester ont capturé – pour la première fois – des images d’atomes uniques nageant dans un liquide. Lorsqu’un solide et un liquide entrent en contact l’un avec l’autre, les deux substances ont tendance à modifier leur configuration. Cette interaction solide-liquide à l’échelle atomique régit le comportement des batteries et des piles à combustible pour la production d’énergie propre. En outre, elle permet également de déterminer l’efficacité de la production d’eau propre et joue un rôle dans de nombreux processus biologiques.

Pour avoir un aperçu de cette interaction, les chercheurs ont créé un nano-petri dish en utilisant des matériaux bidimensionnels (2D). Ils ont empilé le matériau, qui comprenait du graphène, et ont piégé des atomes de platine dans du liquide pour comprendre les effets de la présence de liquide sur un solide.

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Un seul atome de platine en mouvement dans une cellule liquide.
Crédit photo : Université de Manchester/Clark et al.

“Compte tenu de l’importance industrielle et scientifique généralisée d’un tel comportement, il est vraiment surprenant de constater combien il nous reste à apprendre sur les principes fondamentaux du comportement des atomes sur les surfaces en contact avec des liquides. L’une des raisons pour lesquelles les informations manquent est l’absence de techniques capables de fournir des données expérimentales sur les interfaces solides-liquides”, explique le professeur Sarah Haigh de l’Université de Manchester. Elle est également l’un des principaux auteurs de l’étude publiée dans Nature.

Afin d’analyser ou d’observer des atomes individuels, les scientifiques utilisent la microscopie électronique à transmission (MET), l’une des rares techniques utilisées à cette fin. Mais, en TEM, un environnement sous vide poussé est nécessaire, ce qui modifie la structure des matériaux. “Dans notre travail, nous montrons que des informations trompeuses sont fournies si le comportement atomique est étudié sous vide au lieu d’utiliser nos cellules liquides”, a déclaré le Dr Nick Clark, ingénieur en matériaux.

Dans l’expérience, l’équipe a suspendu une couche 2D de disulfure de molybdène dans un liquide et encapsulée par des fenêtres de graphème. Cette conception a permis de contrôler les couches de liquide, ce qui a aidé à capturer des vidéos montrant des atomes uniques nageant dans le liquide.

Les observations ont permis de mieux comprendre les effets du liquide sur le comportement des atomes. Les chercheurs ont noté que la vitesse des atomes augmentait en présence du liquide, qui modifiait également leurs sites de repos préférés par rapport au solide sous-jacent. Bien que l’équipe ait étudié le matériau qui est utile dans la production verte d’hydrogène, la technique peut également être utilisée dans d’autres applications.


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