Новозеландские и австралийские исследователи разработали уникальные микроскопические металлические структуры, визуально воспроизводящие форму настоящих снежинок. Это достижение может найти применение в создании более прочных и облегченных материалов, для очистки окружающей среды от опасных металлов, а также в производстве электронных компонентов.
При замерзании воды образуются микроскопические ледяные кристаллы, формирующие разнообразные симметричные структуры с шестиугольной границей. Теперь ученые из Австралии и Новой Зеландии воспроизвели этот процесс, используя кристаллы цинка, растворенные в другом металле — галлии, который плавится уже при 30 градусах Цельсия.
Обработка цинка в галлии при повышенных температурах позволила исследователям получить металлические кристаллы после последующего охлаждения раствора. Галлий оставался в жидком состоянии и не включался в состав формирующихся структур, но его присутствие было ключевым, поскольку образование подобных «снежинок» возможно только в галлиевом растворителе.
Обычно мы считаем жидкости бесструктурными, однако внутреннее строение жидкого галлия, взаимодействуя с атомами растворенного металла, приводило к его структуризации. В результате формировались структуры, напоминающие «снежинки», которые затем выделяли из раствора с помощью электрокапиллярной модуляции и вакуумной фильтрации.
Ученые также изучали свойства никеля, меди, олова, платины, висмута, серебра и алюминия, однако только цинк позволял получить симметричные и красивые снежинки. В остальных случаях формировались кубы, стержни и шестиугольные пластины. По мнению исследователей, это обусловлено особенностями кристаллической структуры цинка, где каждый атом окружен шестью соседями, расположенными на одинаковом расстоянии.
Благодаря новому открытию появилась возможность создавать наночастицы определенной формы более эффективным способом. Вместо трудоемкого и длительного вырезания, цинковые «снежинки» формируются посредством самосборки атомов. Полученные результаты могут быть использованы для создания высококристаллических металлических или полиметаллических тонких структур с контролируемой формой из жидких металлических растворов.
Исследование опубликовано в журнале Science.