В учебниках физики, от начальной до средней школы, нас учат, что тремя основными состояниями вещества являются твердое, жидкое и газообразное. В нашем понимании это упорядоченный мир: атомы в твердых телах расположены аккуратными, однородными рядами, в то время как атомы в жидкостях свободно перемещаются, подобно необузданным лошадям. Однако захватывающий аспект научных исследований заключается в их способности постоянно бросать вызов нашим существующим когнитивным представлениям. Недавно многонациональная исследовательская группа из Великобритании и Германии наблюдала в микроскопическом мире неинтуитивное явление. Они обнаружили, что жидкие металлы находятся в загадочном состоянии, которое теоретически «не должно существовать». Это открытие не только бросает вызов нашему традиционному пониманию состояний вещества, но и может привести к революционным прорывам в будущей материаловедении.
Оглавление
Удивительное открытие под микроскопом: атомы, которые остаются неподвижными при высоких температурах.
Это новаторское исследование, проведенное в сотрудничестве между Ноттингемским университетом в Великобритании и Ульмским университетом в Германии, было опубликовано в престижном журнале *ACS Nano*. Чтобы глубже изучить тайны превращения жидкостей в твердые вещества, исследовательская группа разработала чрезвычайно сложный эксперимент. Они поместили наночастицы драгоценных металлов, таких как платина, золото и палладий, на слой графена толщиной всего в один атом. Здесь графен действует как нагревательная среда, подобно индукционной плите. Затем ученые использовали высокоразрешающий просвечивающий электронный микроскоп для наблюдения за поведением этих металлических частиц в реальном времени при экстремальных изменениях температуры.
Согласно основным законам физики, когда металл нагревается до точки плавления и переходит в жидкое состояние, атомы внутри него должны двигаться быстро и хаотично, подобно толпе. Однако, с помощью электронного микроскопа ученые с удивлением обнаружили необычное явление: среди хаотично движущихся атомов в жидком металле некоторые атомы были совершенно «неподвижны». Эти неуправляемые атомы не танцевали под воздействием высокой температуры, а были прочно зафиксированы в местах дефектов на поверхности графена, как будто скованные невидимой силой, оставаясь неподвижными даже при дальнейшем повышении температуры.
Эффект атомного забора: переохлажденные жидкости в условиях неволи
Дальнейшие исследования ученых показали, что распределение и положение этих неподвижных атомов могут определять судьбу металла. Когда количество неподвижных атомов невелико, жидкий металл, как обычно, охлаждается и аккуратно кристаллизуется в твердое состояние. Но когда исследователи искусственно создали больше дефектов с помощью электронного пучка, заставив большое количество неподвижных атомов образовать кольцо, произошло чудо. Эта «атомная ограда», состоящая из неподвижных атомов, фактически «захватила» жидкий металл внутри, заставив его забыть, когда он должен замерзнуть.
Это состояние, известное как «замкнутая переохлажденная жидкость», поистине поразительно. Возьмем, к примеру, платину. Ее нормальная точка замерзания составляет 1768 градусов Цельсия, но внутри этой атомной оболочки платина остается жидкой даже при понижении температуры до 350 градусов Цельсия. Это означает, что эти заключенные атомы в среде, на более чем тысячу градусов ниже точки замерзания, могут бросать вызов законам физики и отказываться затвердевать. Это первый случай в истории человеческой науки, когда атомы были успешно «заключены» на атомном уровне, создав своеобразное гибридное состояние, сочетающее твердую границу и жидкое ядро.
Рождение стеклометаллов: нестабильная аморфная структура.
Конечно, это парадоксальное жидкое состояние не может поддерживаться бесконечно. Когда температура в конечном итоге опустится достаточно низко, эти захваченные жидкости будут вынуждены затвердеть, но их затвердевание будет необычным. Из-за ограничений, накладываемых внешними атомными барьерами, внутренние атомы не могут располагаться в аккуратные кристаллы, как обычно, а вместо этого случайным образом укладываются друг на друга, образуя вещество, известное как «аморфный металл» или «стеклометалл».
Это состояние подобно металлическому аналогу стекла; хотя внешняя оболочка твердая, внутренняя структура столь же хаотична, как у жидкости. Примечательно, что эта структура чрезвычайно нестабильна, полностью поддерживаемая кольцом неподвижных атомов. Как только это кольцо разрывается, накопленное внутри напряжение мгновенно высвобождается, и атомы металла немедленно «отскакивают обратно», перестраиваясь в стабильную, традиционную кристаллическую структуру. Эта характеристика колебаний между стабильностью и нестабильностью демонстрирует высокую гибкость потенциала изменений материи на микроскопическом уровне.
Перспективы применения в будущем: от катализаторов до энергетической революции.
Это открытие — не просто теоретический прорыв в лаборатории; оно имеет глубокие последствия для практического применения. Эксперты по катализаторам отмечают, что комбинация платины и углеродных материалов (например, платина на графене) в настоящее время является наиболее широко используемой комбинацией катализаторов в мире, широко применяемой в топливных элементах и различных химических реакциях. Если ученые смогут освоить эту технологию «захваченного жидкого металла», у них появится возможность создавать новые катализаторы с более высокой активностью, более длительным сроком службы и даже способностью к «самоочищению».
Кроме того, это исследование знаменует собой рождение совершенно новой формы материи — единого материала, способного одновременно проявлять двойные свойства как твердых, так и жидких веществ. В будущем исследовательская группа поставит перед собой цель более точно контролировать форму и размер этих атомных барьеров, создавая более сложные структуры. Это поможет повысить эффективность использования редких металлов в области чистой энергии. Будь то в высокоэффективных батареях или устройствах преобразования энергии, эта «технология управления на атомном уровне» может стать ключом к следующей технологической революции.
Источник первого изображения: Стационарные атомы в жидких металлах и их роль в механизмах затвердевания.
Источник:
- “Stationary Atoms in Liquid Metals and Their Role in Solidification Mechanisms” by Christopher Leist, Sadegh Ghaderzadeh, Emerson C. Kohlrausch, Johannes Biskupek, Luke T. Norman, Ilya Popov, Jesum Alves Fernandes, Ute Kaiser, Elena Besley and Andrei N. Khlobystov, 9 December 2025, ACS Nano. DOI: 10.1021/acsnano.5c08201
- Жидкий металл скрывает в себе загадочное состояние, которого «не должно существовать»! Ученые неожиданно обнаружили совершенно новую форму материи.
- Scientists Find a Hidden State Inside Liquid Metal That Shouldn’t Exist
- News – Research reveals new hybrid state of matter where solids meet liquids
Что касается измельчения, мы предлагаем индивидуальные настройки и можем регулировать соотношение в соответствии с требованиями обработки для достижения максимальной эффективности.
Если после прочтения текста вы все еще не знаете, как выбрать наиболее подходящий вариант.
Добро пожаловать, свяжитесь с нами, у нас есть кто-то, кто ответит на ваши вопросы.
Если вам нужна индивидуальная расценка, пожалуйста, свяжитесь с нами.
Часы работы службы поддержки клиентов: с понедельника по пятницу с 09:00 до 18:00.
Тел: 07 223 1058
Если у вас есть какие-либо вопросы или вопросы, на которые вы не смогли ответить по телефону, пожалуйста, отправьте мне личное сообщение на Facebook~~
Фейсбук Хоневэй: https://www.facebook.com/honwaygroup
Вас также может заинтересовать…
[wpb-random-posts]
