Forskare hittade helt nya material – i övergångsfasen som alla hade stirrat förbi

Det är en underbar känsla när forskare tittar någonstans som alla andra har missat.

Vi snackar om hur vi skapar nya material. Vanligtvis fokuserar forskare på två punkter: utgångsmaterialet och slutprodukten. Men en ny studie visar att vi har missat något enormt genom att strunta i allt däremellan.

Tänk dig att baka bröd

Du är nog mest intresserad av mjölet och vattnet som går in, och den goda limpan som kommer ut. Men vad händer egentligen mitt i? Den där stunden när allt bara är... deg?

Forskare från University of Warwick och University of Birmingham bestämde sig för att faktiskt observera de här mellanstadierna. De använde specialdesignade molekyler som kallas "single-source precursors" – små byggstenar som redan innehåller allt som behövs för att skapa ett material. Sedan värmde de upp dessa molekyler och följde varje steg i förvandlingen.

Det de hittade? En hel hög material som ingen visste existerade.

En ny typ av vismutvanadat

Ett av de mest spännande fynden var något som kallas β-BiVO4. Det är en ny form av vismutvanadat, ett material som redan är populärt inom forskning om ren energi. Vanligt vismutvanadat har egenskaper som gör det bra på att ta upp solljus och dela vatten för att skapa ren vätebränsle.

Men den här nya formen? Den har en annan atomstruktur och en betydligt större "bandgap" – alltså hur den interagerar med ljus. Det kanske låter som en nackdel, men här blir det intressant: de här skillnaderna kan faktiskt hjälpa forskare att finjustera material för specifika användningsområden. Det är som att upptäcka att man har fler reglage att vrida på än man trodde.

Batterier på gång?

Här börjar min inre tekniknörd verkligen dansa. Forskarna upptäckte också att vissa av mellanstadiematerialen var utmärkta på att lagra litium. Litium är som bekente nyckelingrediensen i laddningsbara batterier.

Nu säger jag inte att vi är på väg mot telefoner som håller i veckor (även om det vore trevligt), men den här upptäckten kan bidra till nästa generations batteriteknik. Efter år av att höra om "genombrottsbatteriteknik" som alltid ligger tio år framåt i tiden, tar jag tacksamt emot vilken lovande ledtråd som helst.

Hur såg de det som alla andra missade?

Forskarna använde riktigt sofistikerade verktyg för att observera de normalt osynliga stadierna: fastfas-NMR-spektroskopi, röntgendiffraktion och något som kallas parfordelningsfunktionsanalys. De körde helt enkelt alla avancerade metoder de hade för att fånga materialen på bar gärning.

Resultaten avslöjade också något viktigt: utgångsmolekylen och hur den bryts ner påverkar faktiskt vilka mellanliggande material som bildas. Det betyder att forskare skulle kunna konstruera vilka dolda material som ska uppstå genom att välja olika utgångspunkter.

Varför det här spelar roll

Dr Dominik Kubicki från University of Birmingham uttryckte det bra: de här mellanstadiematerialen är inte bara steg på vägen – de kan ha användbara egenskaper i sig själva.

Det är ett ganska djupgående skifte i tänkande. I årtionden har forskare tävlat om att upptäcka nya material, och ofta behandlat mellanfaserna som korta, oviktiga stopp. Men den här studien antyder att vi har gått förbi en guldgruva av oupptäckta föreningar varje gång vi syntetiserat något nytt.

Dr Sebastian Pike från University of Warwick var en del av teamet, och han medger att de inte riktigt visste vad de skulle hitta. "Vi var övertygade om att det skulle finnas något intressant och okänt i mellanfaserna," sa han. "Vi blev jätteglada när vi upptäckte att några av dessa faktiskt kunde ha praktiska användningsområden, redan från de allra första experimenten."

Den stora bilden

Jag vet att det här kan verka lite tekniskt och långt ifrån vardagen. Men här är varför jag genuint är exalterad: vi lever i en tid där vi desperat behöver bättre batterier, effektivare solcellsteknik och renare sätt att producera energi. Varje nytt material vi upptäcker är en potentiell pusselbit som hjälper oss att ta oss bort från fossila bränslen.

Det vackra med den här forskningen? Den antyder att vi har förbisett en hel kategori av material. Inte för att de gömde sig i avlägsna grottor eller djupa havsdiken, utan för att vi bokstavligen inte tittade åt rätt håll. Mellanstadierna var där hela tiden, bildades och försvann framför oss medan vi höll ögonen på slutlinjen.

Det är en ganska ödmjukande påminnelse, eller hur? Ibland är de viktigaste upptäckterna inte på platser vi aldrig har besökt – de finns på platser vi har varit för fokuserade på något annat för att lägga märke till.

Forskarna erkänner att de bara har skrapat på ytan. De studerade ett fåtal prekursorer, men deras metod pekar mot en mycket bredare möjlighet. Genom att noggrant kontrollera temperatur, prekursor-kemi och reaktionsvägar kan det finnas många fler dolda men extremt användbara material som väntar på att upptäckas.

Jag kommer hålla ögonen på det här. Det här kan vara början på ett helt nytt sätt att upptäcka material för vår gröna energi-framtid.

Källa: ScienceDaily