Во летните денови ставањето вода во замрзнувач за да се создадат коцки мраз може да изгледа како обична активност. Но, всушност, сè уште не знаеме многу за тоа како се одвива процесот на замрзнување. Сега, првите визуализации на мраз на молекуларно ниво откриваат дека добиениот кристал е изненадувачки флексибилен.
Трансформацијата на течната вода во мраз е фундаментален процес на Земјата и пошироко. Процесот на замрзнување и стабилноста на мразот се од витално значење за атмосферските процеси, безбедноста на транспортот и зачувувањето на биолошкото ткиво. За подобро да разберат што го стабилизира, а што го ослабува мразот, научникот за материјали Џингшан Ду и неговите колеги истражувале колку добро мразот ги толерира структурните несовршености и ситните меурчиња заробени во неговата кристална структура.
Набљудувањето мраз на наноскала е неверојатно тешко. Слабите хемиски врски помеѓу молекулите на водата лесно можат да се оштетат од изворите на енергија што се користат за снимање на атомска скала, како што се х-зраците и електронските зраци.
- Треба да вложите многу енергија во примерокот за да добиете сигнали на атомско ниво. Навистина е тешко да се стабилизира мразот во условите што се потребни за снимање - истакнал Ду.
За да ги надминат овие проблеми, истражувачите развиле техника што вклучувала поставување течна вода помеѓу две заштитни јаглеродни мембрани во криогена ќелија. Со бавно ладење на ќелијата со течен азот до -180° Целзиусови степени, тие создале капсулиран леден филм со дебелина помала од неколку стотици нанометри. Потоа го преместиле во вакуумска комора, потребна за снимање, и брзо направиле снимки со помош на трансмисионен електронски микроскоп.
Меурчиња од воздух во наноразмер се „заробувале“ за време на замрзнувањето, а и нови меурчиња исто така се формирале, се движеле, се собирале, се спојувале и се растворале – сето тоа се случува во цврстиот мраз.
- Фасцинантно е што во текот на целиот процес мразот продолжува да биде единствен цврст кристал - вели Ду.
Мерењата потврдиле дека овие „заробени“ гасни меурчиња не го оптовариле ледениот кристал, што би можело да предизвика кршење. Наместо тоа, структурата изненадувачки добро се приспособила на овие „дефекти“, за разлика од другите материјали, на пример, металите или керамиката. Причината за тоа, објаснил Ду, е што хемиските врски на водата ја прават исклучително флексибилна.
Разбирањето на динамиката на тоа како мразот се формира, расте и рекристализира е важно за развој на инженерски стратегии, како и многу други намени, сметаат експертите.
Извор: sciencenews.org
Фото: Freepik