Смачиваемость — мера взаимодействия, в которой жидкость вступает в связь с твёрдой поверхностью, растекаясь или образуя капли — имеет очень большое значение во множестве процессов. Её точное определение важно во многих областях человеческой деятельности — от простого предотвращения запотевания автомобильных стёкол до разработки новейших батарей и топливных элементов.

До сих пор единственным способом оценки этой важной характеристики материалов было измерение формы образующихся на ней капель — понятно, что этот метод является весьма неточным. Однако группа исследователей из Массачусетского технологического института ( Massachusetts Institute of Technology, MIT) создала метод получения изображений, позволяющий определять степень взаимодействия между жидкостью и твёрдыми поверхностями — примерно в 10 тысяч раз точнее, чем привычная практика. Кроме того, новый метод можно использовать для изучения смачиваемости изогнутых или обладающих сложным рельефом поверхностей. Об этом сообщает агентство «ИнформНаука» со ссылкой на Nature Nanotechnology.

«Раньше это было немыслимо», — говорит Франческо Стеллаччи ( Francesco Stellacci ), адъюнкт-профессор факультета материаловедения и инженерии в Массачусетском технологическом институте   и руководитель группы, разработавшей новый метод. «Таким образом, мы можем создавать карту смачивания — подробный обзор того, как именно жидкость взаимодействует с поверхностью, вплоть до уровня отдельных молекул или атомов, а не только наблюдения формы капли в целом», — добавляет он.

Новый метод атомно-силовой микроскопии описан в статье , опубликованной в журнале Nature Nanotechnology. Ведущий автор публикации — постдокторант Кислон Войчовский (Kislon Voitchovsky). Стеллаччи поясняет, что возможность получить столь детальные изображения очень важна для изучения таких явлений, как катализ и коррозия, работы батарей и топливных элементов, многих биологических процессов — например, взаимодействия между белками.

В основу метода, разработанного при поддержке Швейцарского национального научного фонда и фонда Паккарда, положено использование кантилевера — зонда для атомно-силовой микроскопии (АСМ). В устройстве применяется острая игла, закреплённая в вибрирующем кантилевере — с её помощью сканируется поверхность образца с распределённой по ней жидкостью и создаётся схема поверхности с высочайшей степенью детализации. Стеллаччи и его группа сумели заставить кантилевер вибрировать в диапазоне всего нескольких нанометров — тогда как обычно речь идёт о десятках или сотнях нанометров. Это означает, что и  карта адгезии по поверхности (в данном случае смачивания) составляется с точностью до нанометров.

«Таким образом можно действительно улучшить разрешение АСМ», - объясняет Стеллаччи. В итоге создаются карты поверхности материала, на которых будут отмечены даже отдельные атомы или молекулы — до сих пор ни один коммерческий атомно-силовой микроскоп на это был не способен. Столь высокого разрешения уже достигли некоторые дорогие и специализированные атомно-силовые микроскопы — всего несколько штук на весь мир. Однако простота новой конструкции позволит производить её в тысячах экземпляров — при этом такой АСМ в 20 раз точнее, чем большинство его дешёвых аналогов.

Работа новой системы ещё нуждается в изучении. Стеллаччи и его коллеги полагают, что под воздействием вибрирующей иглы атомно-силового микроскопа разлитая по поверхности жидкость «прибивается» к поверхности, и энергия рассеивается по ней. В любом случае, теперь можно измерять смачиваемость материала при помощи атомно-силовой микроскопии — на четыре порядка точнее, чем это допускали традиционные методы.

Ссылки по теме:

ГК «Роснано» профинансирует расширение производства сканирующих зондовых микроскопов

«Роснано» инвестирует в проект расширения производства сканирующих зондовых микроскопов

Источник: http://strf.ru