(Phys.org) —Op nanoschaal, waar objecten worden gemeten in miljardsten van meters en gebeurtenissen plaatsvinden in biljoenste seconden, dingen gedragen zich niet altijd zoals onze ervaringen met de macrowereld ons doen vermoeden. Water, bijvoorbeeld, lijkt veel sneller te stromen binnen koolstofnanobuisjes dan volgens de klassieke natuurkunde mogelijk zou moeten zijn. Stel je nu eens voor dat je probeert films vast te leggen van deze bijna onmerkbaar kleine bewegingen op nanoschaal.

Onderzoekers van Caltech hebben dat nu gedaan door een nieuwe beeldvormingstechniek, vierdimensionale (4D) elektronenmicroscopie, toe te passen op het probleem van de nanovloeistofdynamica. In een krant die verschijnt in het nummer van 27 juni van Wetenschap , Achmed Zewail, de Linus Pauling hoogleraar scheikunde en hoogleraar natuurkunde, en Ulrich Lorenz, een postdoctoraal wetenschapper in de chemie, beschrijven hoe ze de stroom gesmolten lood in een enkele zinkoxide-nanobuis in realtime en in de ruimte hebben gevisualiseerd en gecontroleerd.

De 4D-microscopietechniek is ontwikkeld in het Physical Biology Center for Ultrafast Science and Technology in Caltech, gemaakt en geregisseerd door Zewail om het begrip van de fundamentele fysica van chemisch en biologisch gedrag te vergroten.

Bij 4D-microscopie, een stroom ultrasnel bewegende elektronen bombardeert een monster op een zorgvuldig getimede manier. Elk elektron verstrooit het monster, een stilstaand beeld produceren dat een enkel moment vertegenwoordigt, slechts een femtoseconde - of een miljoenste van een miljardste van een seconde - in duur. Miljoenen van de stilstaande beelden kunnen vervolgens aan elkaar worden genaaid om een ​​digitale film van beweging op nanoschaal te produceren.

In het nieuwe werk Lorenz en Zewail gebruikten enkele laserpulsen om de loden kernen van individuele zinkoxide nanobuisjes te smelten en vervolgens, met behulp van 4D-microscopie, legde vast hoe de hete vloeistof onder druk in de buizen bewoog - soms opsplitsend in meerdere segmenten, produceren kleine druppeltjes aan de buitenkant van de buis, of waardoor de buizen breken. Lorenz en Zewail hebben ook de wrijving gemeten die wordt ervaren door de vloeistof in de nanobuis.

"Deze waarnemingen zijn bijzonder belangrijk omdat het visualiseren van het gedrag van vloeistoffen op nanoschaal essentieel is voor ons begrip van hoe materialen en biologische kanalen vloeistoffen effectief transporteren, " zegt Zewail. In 1999, Zewail won de Nobelprijs voor zijn ontwikkeling van femtoseconde chemie.

Het artikel is getiteld "Vloeistofstroom in nanobuisjes observeren door 4D-elektronenmicroscopie."