В необычном эксперименте исследователям удалось расплавить золото при комнатной температуре. Они применили сильное электрическое поле для изменения состояния поверхности металла и наблюдали за процессом с помощью просвечивающей электронной микроскопии.
Как драгоценный металл, золото использовалось в течение нескольких тысяч лет во всем мире для ювелирных изделий, чеканки монет и даже искусства. По состоянию на 2015 год более 186 000 тонн золота существует над землей, из которых около 50% используется в ювелирных изделиях, 20% в частных инвестициях, 20% в официальных секторах и 10% в отраслях промышленности.
Золото известно своей высокой пластичностью, пластичностью, коррозионной стойкостью и электрической проводимостью. Благодаря этим особым свойствам он широко используется практически во всех типах вычислительных устройств. Кроме того, он используется в реставрации зубов, производстве цветного стекла и защите от инфракрасного излучения.
Температура плавления золота составляет 1064 ° С, а температура кипения выше: 2970° С. Однако исследователи из Технологического университета Чалмерса, Швеция, провели необычный эксперимент, в котором им удалось расплавить золото при комнатной температуре (25 ° C).
Эксперимент
Помимо высоких температур, электрическое поле достаточной напряженности может изменить состояние поверхности металла. Методы полевой ионизации и испарения были тщательно изучены с использованием просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) — метода, который позволяет одновременно возбуждать и наблюдать (на атомном уровне).
В этой работе исследователи использовали TEM, чтобы продемонстрировать, как сильные электрические поля вызывают обратимое переключение между кристаллической и неупорядоченной фазами поверхностей золота при комнатной температуре.
Они поместили маленький кусочек золота под ПЭМ и пошагово применили электрическое поле к интенсивно высоким уровням. Они хотели наблюдать, как высокие уровни увеличения влияют на атомы золота.
Затем они проанализировали записи микроскопа и обнаружили что-то интересное. Поверхностный слой элемента буквально расплавился при комнатной температуре. Это обеспечивает как новую фундаментальную информацию о золоте и открывает захватывающие возможности в области материаловедения.
Как это случилось?
Под воздействием сильного электрического поля атомы золота возбуждались, теряя свою совершенную кристаллическую упорядоченную структуру и разрывая свои связи (связи) друг с другом. Моделирование молекулярной динамики показывает, что это изменение структуры происходит главным образом из-за исчезающей стоимости энергии при создании поверхностных дефектов в сильных электрических полях.
Исследователи дополнительно изучили процесс и обнаружили, что можно снова превратить расплавленную структуру в твердое золото. Они продемонстрировали (в атомных масштабах), как можно управлять изменениями в поверхностном слое, применяя внешнее электрическое поле, которое отделяет самый верхний слой от основного объема.
Применимость
Способность плавить золото таким способом обеспечивает множество возможных применений. Например, его можно использовать в различных типах транзисторов, катализаторов и датчиков. Это может также помочь в исследованиях, посвященных низкоразмерным фазам материи и фундаментальным аспектам физики поверхности.