Группа новозеландских и австралийских ученых создала кое-что неожиданное — крошечные металлические «снежинки», в точности напоминающие настоящие водяные. В будущем это открытие пригодится при разработке более прочных и легких материалов, очистке окружающей среды от токсичных металлов и производстве электроники.
При замерзании воды крошечные ледяные кристаллы выстраиваются в разнообразные симметричные шестигранные структуры. Теперь исследователи из Австралии и Новой Зеландии смогли повторить этот процесс, но с кристаллами цинка, растворенными в другом металле — галлии, который плавится уже при 30 градусах Цельсия.
Растворив цинк в галлии при высоких температурах, исследователи затем охлаждали раствор, в котором постепенно образовывались металлические кристаллы. Сам галлий при этом оставался жидким и не входил в состав новых структур, однако его присутствие было важным, ведь образование «снежинок» происходило только в галлиевом растворителе.
Иными словами, хотя обычно мы представляем жидкости лишенными определенной структуры, внутренняя архитектура жидкого галлия, вступая во взаимодействие с атомами растворенного металла, способствовала их структуризации и появлению «снежинок», которые затем извлекали из раствора путем электрокапиллярной модуляции и вакуумной фильтрации.
Ученые работали и с другими металлами — никелем, медью, оловом, платиной, висмутом, серебром и алюминием, — но красивые симметричные снежинки образовывал только цинк, тогда как в остальных случаях получались кубы, стержни и шестиугольные пластины. Исследователи полагают, что причина — в структуре цинковой кристаллической решетки, где каждый атом окружен шестью соседями, находящимися от него на равных расстояниях.
Новое открытие расширяет возможности по созданию наночастиц заданной формы, ведь, в отличие от затратного и долгого вырезания, цинковые «снежинки» формировались благодаря самосборке атомов. В дальнейшем его результаты могут пригодиться для создания высококристаллических металлических или полиметаллических тонких структур с регулируемой формой из жидких металлических растворителей.
Исследование опубликовано в журнале Science.