Zeptoliterpipet werpt nieuw licht op kristallisatieproces

Nanodruppeltjes van vloeibaar metaal kristalliseren bij afkoeling het eerst aan de oppervlakte, terwijl het inwendige nog even vloeibaar blijft. Dat is precies de omgekeerde volgorde als bij grotere druppels, zo schrijven onderzoekers van Brookhave National Laboratory (VS) in Nature Materials.

De onderzoekers gebruikten een ‘zeptoliterpipet’. Dat is een appendage voor een elektronenmicroscoop, gemaakt van een germanium nanobuisje, waarmee je druppeltjes van een miljardste biljoenste liter (10^-21 l) kunt produceren. Als metaal gebruikten ze een zeer zuivere goud-germaniumlegering die smelt bij ongeveer 350 graden Celsius.

Bij verlaging van de temperatuur tot ongeveer 305 graden zagen ze op het bolle oppervlak van de druppeltjes platte oppervlakjes ontstaan. Die ‘facetten’ verschenen telkens op andere plaatsen en verdwenen dan ook weer, zodat ze over het oppervlak leken te dansen. Ging de temperatuur nog iets verder omlaag, dan begon de kristallisatie vanuit de plek waar op dat moment de facetten zaten.

Tot nu toe werd aangenomen dat kristallisatie ergens op een willekeurige plaats in het midden van een druppel begon, als er tenminste geen onzuiverheden aanwezig waren die als kiem konden dienen Experimenten met grotere druppels bevestigen dit beeld, maar op nanoschaal lijkt het dus toch anders te werken.

Volgens de onderzoekers kan de ontdekking van belang zijn voor klimaatmodelen. Die zijn sterk afhankelijk van de verhouding tussen vloeibaar en bevroren water in wolken in de hogere luchtlagen. En die verhouding is weer afhankelijk van de manier waarop waterdruppeltjes bevriezen.

bron: Brookhaven