科学家们首次成功地将惰性气体氪(Kr)原子捕获在碳纳米管内，形成一维气体。诺丁汉大学化学学院的科学家们使用先进的透射电子显微镜(TEM)方法，捕捉到了Kr原子在直径比宽度小50万倍的“纳米试管”容器内一个接一个地结合在一起的瞬间。一根人的头发。该研究已发表在ACSNano上。
自从假设原子是宇宙的基本单位以来，科学家们就一直在研究原子的行为。原子的运动对温度、压力、流体流动和化学反应等基本现象有重大影响。
传统的光谱方法可以分析大量原子的运动，然后使用平均数据来解释原子尺度的现象。然而，这些方法并没有显示单个原子在特定时间点正在做什么。
研究人员在对原子进行成像时面临的挑战是，它们非常小，范围为0.1-0.4纳米，而且它们在气相中可以以约400m/s的极高速度移动，相当于声速。这使得对运动中的原子进行直接成像非常困难，并且实时创建原子的连续视觉表示仍然是最重大的科学挑战之一。
诺丁汉大学化学学院教授AndreiKhlobystov表示：“碳纳米管使我们能够捕获原子并在单原子水平上实时准确地定位和研究它们。例如，我们成功捕获了惰性气体氪(Kr))原子在这项研究中。由于氪具有高原子序数，因此在TEM中比轻元素更容易观察。这使我们能够以移动点的形式跟踪氪原子的位置。”
材料科学电子显微镜小组前组长、乌尔姆大学高级教授UteKaiser教授补充道：“我们使用最先进的SALVETEM来观察这一过程，该设备可校正色差和球差氪原子结合在一起形成Kr2对。”
“这些对通过范德华相互作用结合在一起，这是一种控制分子和原子世界的神秘力量。这是一项令人兴奋的创新，因为它使我们能够看到真实空间中两个原子之间的范德华距离。这是化学和物理学领域的重大发展，可以帮助我们更好地理解原子和分子的运作。”
研究人员利用巴克明斯特富勒烯(一种由60个碳原子组成的足球形状的分子)将单个氪原子传输到纳米试管中。巴克明斯特富勒烯分子聚结形成嵌套碳纳米管有助于提高实验的精度。
伊恩·卡迪略-扎洛，博士负责制备和分析这些材料的诺丁汉大学学生说：“通过融合碳笼，可以从富勒烯空腔中释放氪原子。这可以通过在1,200°C下加热或用电子束。Kr原子之间的原子间键合及其动态气体行为都可以在单个TEM实验中研究。”
该小组已经能够直接观察到氪原子离开富勒烯笼形成一维气体。一旦脱离载体分子，由于空间极其狭窄，氪原子只能沿着纳米管通道在一维移动。一排受约束的氪原子中的原子无法相互通过，因此被迫减速，就像交通拥堵中的车辆一样。
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