Учёные впервые зафиксировали рост кристаллов внутри жидкого металла в реальном времени, что десятилетиями оставалось недостижимой целью для исследователей. Этот прорыв даёт уникальное представление о том, как формируются сложные металлические структуры в экстремальных условиях. Что ещё важнее, он открывает путь к созданию новых материалов, которые могут усовершенствовать производство водорода и поддержать развитие квантовых технологий.
Работа, выполненная под руководством Сиднейского университета, использовала кристаллы платины, выращенные внутри галлия, для создания электрода, способного эффективно расщеплять воду с целью получения водорода. Возможность создавать и настраивать такие кристаллы может способствовать развитию более чистых и масштабируемых водородных систем.
Жидкие металлы, такие как галлий, делают это достижение особенно значимым. При комнатной температуре галлий кажется твёрдым, но при небольшом нагреве чуть выше температуры тела он превращается в блестящий жидкий металл. Эта необычная двойственная природа давно делает его мишенью для инженеров, исследующих материалы следующего поколения.
Наблюдать за чем-либо внутри жидкого металла традиционно было невозможно. Галлий плотный, тесно упакованный на атомном уровне и настолько непрозрачный, что даже передовые микроскопы не могут увидеть его изнутри. Команда применила рентгеновскую компьютерную томографию — технологию медицинской визуализации, обычно используемую для картирования тканей тела. Адаптировав это оборудование, исследователи смогли заглянуть внутрь капли расплавленного металла и в 3D-формате увидеть внутренний рост кристаллов платины.
Изображения показали, как внутри галлия при охлаждении сплава расцветают похожие на морозные узоры стержни и ветвящиеся образования — структуры, которые эволюционировали в течение минут и часов. Учёные наблюдали, как частицы платины с различной кристаллической ориентацией росли внутри жидких металлов при изменении температуры и условий окружающей среды. Рентгеновская компьютерная томография позволила преодолеть главную трудность наблюдения за ростом кристаллов внутри жидкого металла — непрозрачного материала, в который обычно невозможно проникнуть с помощью света и электронов.
Текущее разрешение визуализации ограничивает детализацию, которую учёные могут разглядеть, но быстрые улучшения в системах рентгеновской КТ вскоре могут раскрыть ещё более тонкие структуры и динамическое химическое поведение во время формирования кристаллов.