新型显微镜技术揭示纳米级水的振动行为学术资讯

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▲伊利诺伊大学研究人员罗伯特·凯利等采用新技术，以氮化硼液体电池为样本，观测了水在纳米尺度的振动行为。

《先进材料》（Advanced Materials）杂志7月30日出版的论文称，美国伊利诺伊大学芝加哥分校（University of Illinois at Chicago，下文简称UIC）开发了一种首次使研究人员能在纳米级别观察液体的新型显微镜技术，其分辨率大约是传统透射电镜观测结果的10倍。通过捕捉氮化硼液体电池中微量液体的信息，新型显微镜技术展示了水和重水在纳米尺度上的独特性质。这项技术既可用于追踪生物研究用到的纳米级示踪剂，也可用于研究单个分子振动状，还能提供液-固界面的高分辨率可视化过程。UIC物理学教授、论文高级作者罗伯特·凯利（Robert Klie）说：“虽然将注意力放在水这种平常的物质上看似奇怪，但在纳米尺度上，水还有很多性质不为我们所知——能源、催化和生物学等领域，诸多应用依赖于纳米水的相互作用，但我们无法用现有测量技术对其进行可视化研究。”UIC物理系博士后研究员、论文通讯作者雅各布·乔基萨里(Jacob Jokisaari)补充说：“以氮化硼液体电池为样本，我们采用新技术观察了电池中水的振动情况，并对其在狭小的氮化硼层间发挥的作用有所认识。”

首先，凯利等花费了近4年时间，终于决定采用氮化硼纳米材料包裹并支撑液体，解决了在使用电镜前分离微量液体和消除载体干扰的难题。虽然凯利等已经能以350毫电子伏特的能量分辨率观测水的振动情况，但他们仍然决定向美国能源部橡树岭国家实验室（DOEORNL）寻求帮助。最终，他们有了新的发现。ORNL的博士后研究员、论文作者乔丹·哈赫特尔(Jordan Hachtel)说：“我们发现纳米级水的振动频率会发生变化。”通常情况下，水是以420毫电子伏特振动，但凯利等发现氮化硼纳米材料中的水是以406毫电子伏特振动的。随后，研究人员还对纳米级重水（常用作同位素示踪剂）的振动进行了观测。

凯利等认为，这种新型电子显微镜技术能让研究人员观测到纳米级液体环境中发生的物理、化学过程。在纳米尺度上，许多被认为是最基本的物质（比如水）的性质，会因单个原子键和局部电场等的影响而发生变化。新显微镜技术将为电化学研究和原子水平检验开辟新视角。

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编译：雷鑫宇审稿：阿淼编辑：张梦

期刊来源：《先进材料》

期刊编号：0935-9648

原文链接：https://phys.org/news/2018-08-advanced-microscopy-technique-reveals-aspects.html