科学家发现固液界面新结构特征 （2005-11-01）

以色列和德国的科学家日前宣布，首次在纳米量级观察到了液态铝和固体蓝宝石界面的结构特征。他们认为，这一发现标志着从现在起，固体与液体的界面特征应该用一种完全不同的方式去理解。这一成果发表在最近一期的美国《科学》杂志网络版上。 　　 重新认识和研究固体和液体之间分界线的特点具有十分重要的意义，因为许多加工处理工艺都是基于对这一现象的认识为基础的。比如半导体芯片和其他微电子设备的制造、焊接材料和通过小空间的机动液体等，都需要掌握这一知识。 　　 以色列理工学院卡帕兰教授等利用德国马克?普朗克研究所的特殊高倍电子显微镜来观察和研究液体与固体界面的动力学现象。具体做法是，使用显微镜上的一个设备，把一个单一的晶体蓝宝石薄片加热到铝的熔点之上，同时，用高伏电子束对这个细细的晶体薄片进行穿透。在加热和电子束不断击打晶体表面氧原子的情况下，晶体中的铝原子漂流到晶体表面，形成了液态铝滴。　　 研究人员利用成像仪和实时电影来捕捉介于蓝宝石和铝滴之间界面的动力学变化情况。他们发现，由于与晶体相连，因此，在晶体表面液体中的铝原子呈现出一个整齐的结构，而不是一个普通的液体结构特征，即液体中邻近晶体表面的原子所呈现出的特征，既不同于液体中的原子，也不同于固体中的原子。另外，由于在显微镜中存在少量氧原子，所以这些氧原子与排列整齐的铝原子能够在瞬间结合，导致晶体一层一层地生长，形成晶体生长为蓝宝石的机制。 　　 卡帕兰认为，过去的数据分析方法已不能应用于对固体和液体界面的观察数据进行处理。如果没有更好的方法，这些数据只能是一些漂亮的图片和视频，而不能得到科学界的承认。因此，他们还将在明年1月进一步改进电子显微镜的功能，以期取得更多发现。