p Os físicos da Universidade de Groningen visualizaram o hidrogênio na interface titânio / hidreto de titânio usando um microscópio eletrônico de transmissão. Usando uma nova técnica, eles conseguiram visualizar os átomos de metal e hidrogênio em uma única imagem, permitindo-lhes testar diferentes modelos teóricos que descrevem a estrutura da interface. Os resultados foram publicados no dia 31 de janeiro na revista. Avanços da Ciência . p Para entender as propriedades dos materiais, muitas vezes é vital observar sua estrutura em uma resolução atômica. É possível visualizar átomos usando um microscópio eletrônico de transmissão (TEM); Contudo, até aqui, ninguém conseguiu produzir imagens adequadas dos átomos pesados ​​e do mais leve de todos (hidrogênio) juntos. Isso é exatamente o que o professor de materiais nanoestruturados da Universidade de Groningen, Bart Kooi, e seus colegas fizeram. Eles usaram um novo TEM com recursos que possibilitaram a produção de imagens de átomos de titânio e hidrogênio na interface de titânio / hidreto de titânio.

p Átomos de hidrogênio

p As imagens resultantes mostram como colunas de átomos de hidrogênio preenchem os espaços entre os átomos de titânio, distorcendo a estrutura cristalina. Eles ocupam metade dos espaços, algo que foi previsto anteriormente. "Nos anos 1980, três modelos diferentes foram propostos para a posição do hidrogênio na interface metal / hidreto metálico, "diz Kooi." Agora fomos capazes de ver por nós mesmos qual modelo era o correto. "

p Para criar a interface metal / hidreto metálico, Kooi e seus colegas começaram com cristais de titânio. O hidrogênio atômico foi então infundido e penetrou no titânio em cunhas muito finas, formando minúsculos cristais de hidreto de metal. "Nessas cunhas, os números de átomos de hidrogênio e titânio são os mesmos, "Kooi explica." A penetração do hidrogênio cria uma alta pressão dentro do cristal. As placas de hidreto muito finas causam fragilização por hidrogênio em metais, por exemplo, dentro de reatores nucleares. ”A pressão na interface impede que o hidrogênio escape.

p Inovações

p Produzir imagens do titânio pesado e dos átomos leves de hidrogênio na interface foi um grande desafio. Primeiro, a amostra foi carregada com hidrogênio. Em seguida, deve ser visualizado em uma orientação específica ao longo da interface. Isso foi conseguido cortando cristais devidamente alinhados de titânio usando um feixe de íons e tornando as amostras mais finas - para uma espessura de não mais que 50 nm - novamente usando um feixe de íons.

p A visualização de átomos de titânio e hidrogênio foi possibilitada por várias inovações que foram incluídas no TEM. Os átomos pesados ​​podem ser visualizados pelo espalhamento que eles causam dos elétrons no feixe do microscópio. Elétrons dispersos são preferencialmente detectados usando detectores de alto ângulo. "O hidrogênio é muito leve para causar essa dispersão, então, para esses átomos, temos que confiar na construção da imagem a partir do espalhamento de baixo ângulo, que inclui ondas de elétrons. "No entanto, o material causa interferência dessas ondas, o que até agora tornou a identificação dos átomos de hidrogênio quase impossível.

p Simulações de computador

p As ondas são detectadas por um detector de campo claro de baixo ângulo. O novo microscópio possui um detector de campo claro circular dividido em quatro segmentos. Ao analisar as diferenças nas frentes de onda detectadas em segmentos opostos e observar as mudanças que ocorrem quando o feixe de varredura cruza o material, é possível filtrar as interferências e visualizar os átomos de hidrogênio muito leves.

p "O primeiro requisito é ter um microscópio que possa fazer a varredura com um feixe de elétrons menor que a distância entre os átomos. Subseqüentemente, é a combinação do detector de campo claro segmentado e o software analítico que torna a visualização possível, "explica Kooi, que trabalhou em estreita colaboração com cientistas do fabricante do microscópio, Thermo Fisher Scientific, dois dos quais são co-autores do artigo. O grupo de Kooi adicionou vários filtros de ruído ao software e os testou. Eles também realizaram extensas simulações de computador, contra o qual eles compararam as imagens experimentais.

p Nanomateriais

p O estudo mostra a interação entre o hidrogênio e o metal, que é um conhecimento útil para o estudo de materiais capazes de armazenar hidrogênio. "Os hidretos metálicos podem armazenar mais hidrogênio por volume do que o hidrogênio líquido." Além disso, as técnicas usadas para visualizar o hidrogênio também podem ser aplicadas a outros átomos de luz, como oxigênio, nitrogênio ou boro, que são importantes em muitos nanomateriais. "Ser capaz de ver átomos leves ao lado de átomos pesados ​​abre todos os tipos de oportunidades."