Kun tutkijat katsovat sinne, mihin kukaan muu ei ole katsonut

Olen aina pitänyt niistä hetkistä, kun tiede yllättää meidät.

Tavallisesti materiaalitutkijat keskittyvät kahteen asiaan: mitä alussa tapahtuu ja mitä lopussa syntyy. Mutta uusi tutkimus osoittaa, että olemme ehkä ohittaneet jotain valtavan suurta.

Keskimmäisen vaiheen ongelma

Kuvittele, että leivot leipää. Ajattelet jauhoja ja vettä. Ajattelet lopputulosta, sitä herkullista leipää. Mutta entä se hetki, kun se on vain taikinaa? Se välitila?

Näyttää siltä, että materiaalitieteessä nämä lyhyet välikohtaukset voivat piilottaa uskomattomia salaisuuksia.

Warwickin ja Birminghamin yliopistojen tutkijat päättivät kiinnittää huomiota näihin keskivaiheen ilmiöihin. He käyttivät erityisesti suunniteltuja molekyylejä, niin sanottuja yhden lähteen esiasteita. Ne ovat pieniä rakennuspalikoita, jotka sisältävät kaiken tarvittavan materiaalin luomiseen. Sitten he seurasivat, mitä tapahtui näitä molekyylejä kuumennettaessa.

Mitä he löysivät? Kokonainen joukko materiaaleja, joita kukaan ei tiennyt olevan olemassa.

Löytö, joka herätti huomioni

Yksi löydös oli erityisen mielenkiintoinen: beeta-BiVO4. Se on uusi bismuttivanadaatin muoto, jota jo nyt tutkitaan paljon puhtaan energian parissa.

Tavallinen bismuttivanadaatti imee tehokkaasti auringonvaloa ja hajottaa vettä puhtaan vetypolttoaineen tuottamiseksi. Tämä uusi muoto on kuitenkin erilainen. Sen atomirakenne poikkeaa alkuperäisestä, ja sen "energiakuilu" on merkittävästi suurempi. Käytännössä tämä vaikuttaa siihen, miten materiaali vuorovaikuttaa valon kanssa.

Tämä kuulostaa ehkä haitalta, mutta juuri siinä asia muuttuu jännittäväksi. Nuo erot voivat auttaa tutkijoita hienosäätämään materiaaleja tiettyihin käyttötarkoituksiin. Se on kuin olisit löytänyt uusia säätönuppeja, joita et tiennyt omistavasi.

Entä akut?

Täällä teknologianörttini sisäinen minä pääsee valloilleen. Tutkijat havaitsivat, että jotkut näistä välimateriaaleista olivat erinomaisia litiumin varastoimisessa. Litium on tietysti ladattavien akkujen avainainesosa.

En väitä, että puhelimet alkaisivat yhtäkkiä kestää viikkoja. Mutta tämä löytö voi edistää seuraavan sukupolven akkuteknologioita. Vuosien ajan olemme kuulleet "läpimurtoteknologioista", jotka ovat aina kymmenen vuoden päässä. Siksi otan mielelläni vastaan mitä tahansa lupaavia uusia johtolankoja.

Miten he näkivät sen, mitä muut ohittivat?

Tutkijat käyttivät todella hienostuneita työkaluja nähdäkseen nämä normaalisti näkymättömät vaiheet: kiinteän aineen NMR-spektroskopiaa, röntgendiffraktiota ja niin sanottua parijakaumafunktioanalyysiä. He hyödynsivät kaikkea edistynyttä tekniikkaa, jota heillä oli käytettävissään, saadakseen materiaalit kiinni kesken synnyn.

Tulokset paljastivat myös jotain tärkeää: se, millainen esiaste on kyseessä ja miten se hajoaa, vaikuttaa siihen, mitkä välimateriaalit syntyvät. Tämä tarkoittaa, että tutkijat voivat ehkä valmistaa tarkoituksella tietynlaisia piilomateriaaleja valitsemalla erilaisia lähtöaineita.

Miksi tällä on merkitystä?

Tohtori Dominik Kubicki Birminghamin yliopistosta tiivisti asian osuvasti: nämä välimateriaalit eivät ole vain välivaiheita. Niillä voi olla hyödyllisiä ominaisuuksia itsessään.

Se on melko syvällinen ajattelutavan muutos. Vuosikymmenten ajan tutkijat ovat kilvan etsineet uusia materiaaleja ja usein kohdelleet välipaloja lyhyinä, merkityksettöminä pysähdyksinä. Mutta tämä tutkimus viittaa siihen, että olemme kävelleet kultakaivoksen ohi joka kerta, kun olemme valmistaneet jotain uutta.

Tohtori Sebastian Pike Warwickin yliopistosta oli osa tutkimusryhmää. Hän myöntää, etteivät he tienneet tarkalleen, mitä löytäisivät. "Olimme varmoja, että välipaloista löytyisi jotain mielenkiintoista ja tuntematonta", hän sanoi. "Olimme innoissamme voidessamme havaita, että joistakin näistä voisi olla käytännön hyötyä heti ensimmäisistä kokeista lähtien."

Laajempi kuva

Tiedän, että tämä saattaa kuulostaa hieman tekniseltä ja etäiseltä arjesta. Mutta siinä on syy, miksi olen aidosti innoissani: elämme aikaa, jolloin tarvitsemme parempia akkuja, tehokkaampaa aurinkotekniikkaa ja puhtaampia energiantuotantotapoja. Jokainen uusi materiaali on mahdollinen palapelin pala, joka auttaa meitä irtautumaan fossiilisista polttoaineista.

Ja tutkimuksen hienous piilee siinä, että se viittaa koko materiaalikategorian ohittamiseen. Ei siksi, että nuo materiaalit olisivat piilossa syvissä luolissa tai valtameren pohjassa, vaan koska emme yksinkertaisesti katoneet oikeaan suuntaan. Välipalat olivat siellä koko ajan, muodostumassa ja katoamassa, kun me pidimme silmämme maalissa.

Se on melko nöyryyttävä muistutus, eikö olekin? Joskus tärkeimmät löydöt eivät ole paikoissa, joissa emme ole käyneet. Ne ovat paikoissa, joissa emme ole käyneet katsomassa, koska olemme keskittyneet liikaa johonkin muuhun.

Tutkijat myöntävät, että he ovat vasta raapaisseet pintaa. He tutkivat muutamia esiasteita, mutta heidän lähestymistapansa avaa paljon laajemman mahdollisuuden. Lämpötilaa, esiasteiden kemiaa ja reittiteitä huolellisesti hallitsemalla voi olla olemassa paljon lisää piilossa olevia mutta erittäin hyödyllisiä materiaaleja.

Pidän tämän tutkimuksen silmällä. Tämä voi olla vasta alkua täysin uudenlaiselle materiaalien löytämiselle puhtaan energian tulevaisuutta varten.