Hópelyhek cinkből

Az Új-Dél-Walesi Egyetem vegyészmérnök kutatói – a közelgő karácsonyra való tekintettel – hópehely alakú kristályokat hoztak létre, azonban vízjég helyett cinkből, ráadásul folyékony halmazállapotú fémben. A szépségükön túl e különleges szerkezetet felvett cinket a későbbiek során olyan katalizátorként lehet majd használni például, amelyre a hidrogén előállítása során szükség van. Emellett irányított előállítással elektronikus berendezésekben, például mobiltelefonokban vagy napelemekben használható félvezetőkben is szerepet kaphatnak.

A kristályszerkezetek az olyan előállítási körülményekkel együtt változtak, mint a koncentráció, az idő, a hőmérséklet, vagy épp a nyomás, vagyis a módszer segítségével különböző formájú fémkristályokat lehet előállítani, ennek pedig például a katalizátorokban fontos szerepe lehet.

A kutatók különböző fémekkel kísérleteztek, egy másik fém, a gallium szolgált ehhez közegként. A gallium különleges tulajdonsága, hogy 29 Celsius-foktól egészen 2204 Celsius-fokig folyékony halmazállapotú (ezért, ha egy vicces kedvű kémikus megkínál teával vagy kávéval, nem szabad csodálkozni, ha elolvad a kiskanál, amit adott a forró ital mellé). A gallium emiatt igen jól használható közeg számtalan kísérlethez, így ehhez is.

Amikor a kísérletekben a cink került sorra, kiderült, hogy a kristályok egészen olyan alakúvá nőttek, mint a hópehely, hatos szimmetriájúak voltak – a cink saját kristályszerkezetét tükrözve. A hőmérséklet emelésével létrejöttek 12 ágú kristályok is, amelyek két hatágú egymásra épülésének voltak a termékei. Ezek a változások is hasonlóak a hópelyhek kialakulási körülményeikhez, a hónál is függ a pelyhek alakja többek közt a hőmérséklettől.

A különféle katalitikus folyamatok során, mint például a szén-dioxid kivonása, igen fontos, hogy milyen kristályfelület szolgál katalizátorként. Ha képesek vagyunk alakítani azt, hogy miféle kristályfelületek jöjjenek létre a katalizátorként használt anyagból, ezzel például sokszorosára növelhetjük a segítségével lejátszódó reakció sebességét, ezzel a folyamat hatékonyságát.

„Bizonyos katalitikus folyamatokhoz előnyösebb a négyszögletes formavilágú kristály, másokhoz pedig a laposabb kristályok jobbak. A kutatásunkból pedig kiderült, hogy miként lehet előállítani a kívánt kristálylapokat a körülmények szabályozásával” – tette hozzá Jianbo Tang, a kutatás egyik résztvevője.

A szakemberek a Science folyóiratban mutatták be a kifejlesztett módszereiket s a különleges fémkristályokat.