Ny teknik visar hur vattendroppar bildas på nanonivå

Från skapandet av en enda droppe till flödet i en flod och världens hydrologiska cykel… Hur vatten binds samman och till olika ytor, har långtgående konsekvenser.

Hittills har forskare trott att tunna vattenfilmer växer lager för lager för att bilda igenkännbara vätskedroppar. Men genom att visualisera vattendroppar i nanostorlek i rörelse har en ny studie publicerad i Science Advances vänt upp och ner på den traditionella modellen.

Genom att kartlägga nanodroppar på enskilda mineralpartiklar fann en grupp forskare från Umeå universitet, Yale universitet och Pacific Northwest National Laboratory att vattentillväxten initialt börjar i närheten av defekta kanter på mineralen. Sedan bildas tjockare vattenfilmer, innan ytspänningen tar över för att täcka mineralytan och bilda bekanta vattendroppar.

För att uppnå sina resultat, använde teamet en ny cocktail av atomkraftsmikroskopi (AFM) och infraröda lasrar vid the Environmental Molecular Sciences Laboratory på Pacific Northwest National Laboratory.

– Det här är första gången vi har kunnat se vattendroppar direkt på nanoskala, och till vår förvåning hittade vi en selektiv bindningseffekt vid defekta kanter på mineralpartiklar av nanostorlek, säger Sibel Ebru Yalcin, forskare vid Malvankar Lab på Yale, och studiens försteförfattare.

– Att titta på denna viktiga fråga på ett nytt sätt och på nanoskala har verkligen löst ett långvarigt mysterium om hur vatten binder till mineraler, säger professor Jean-François Boily, ledande expert på mineralytekemi vid Umeå universitet.

Hans laboratorium utformade detta projekt och fick tillgång till faciliteterna på the Environmental Molecular Sciences Laboratory. Umeå-gruppen använder nu dessa nya fynd för att utforska hur denna selektiva bindning av vatten påverkar naturliga processer som sker i jord och i atmosfären.

Vetenskaplig artikel:

Direct observation of anisotropic growth of water films on minerals driven by defects and surface tension. (Sibil Ebru Yalcin et al.) Science Advances 24 Jul 2020. Vol. 6, no. 30, eaaz9708

Kontakt:

Jean-François Boily, professor i mineralytekemi, kemiska institutionen vid Umeå universitet, jean-francois.boily@umu.se