Совместная научная группа из Бельгии и Франции вычислила новое значение для поверхностной энергии селена, обнаружив, что оно значительно выше, чем считалось ранее. Поскольку селен является одним из ключевых материалов для такого направления, как нанотехнологии, новый результат будет иметь важное значение для самых разнообразных приложений, в которых используется этот элемент: для солнечных батарей, фотоэлектрических панелей, компьютерных устройств хранения, антибактериальных покрытий, а также светодиодов, создаваемых на основе квантовых точек из селенида кадмия. В большинстве перечисленных приложений поверхностная энергия материала играет ключевую роль.

Первые измерения поверхностной энергии селена были выполнены еще в 1971 году, они дали значение порядка 0,175 Дж на квадратный метр.

Экспериментально эти измерения полагались на идею экстраполяции поверхностной энергии расплавленного селена на случай температуры 20 градусов по шкале Цельсия. Тогда ученые также пробовали другие методы для оценки поверхностной энергии, к примеру, путем измерения угла контакта между поверхностью селена и жидкостью с поверхностной энергией в диапазоне 0,028 – 0,052 Дж на кв.м. К сожалению, эти эксперименты завершились неудачей из-за проблем с адсорбцией воды на поверхности твердого селена.

Теперь совместная группа ученых из University of Mons (Бельгия) и Institute of Electronics, Microelectronics and Nanotechnology (IEMN, Франция) вернулась к идее оценки угла контакта с жидкостью в чистой комнате (где температура и влажность строго контролируются). Исследователи также использовали «жидкие зонды» с более широким диапазоном поверхностных энергий: от 0,047 до 0,718 Дж на кв.м.

Измерения научной группы базировались на теоретических предсказаниях, рассчитанных при помощи моделей нанотермодинамики. Для селена предсказанный результат был на уровне 0,285 Дж на кв. м. Как правило, жидкостные зонды имеют поверхностную энергию много меньше (менее 0,1 Дж на кв. м), но с помощью таких «нетрадиционных» жидкостей, как ртуть и галлий, ученые смогли в своих измерениях «перекрыть» теоретически предсказанный результат для селена.

Результирующая оценка выполнялась по четырем жидкостям: двум, имеющим более низкую поверхностную энергию, чем селен (этиленгликоль и деионизированная вода), и двух жидкостей, имеющих большую поверхностную энергию (ртуть и галлий). С применением этой методики команда вычислила поверхностную энергию селена, которая получилась на уровне 0,291 Дж на кв. м., что гораздо лучше согласуется с теорией, чем полученный ранее результат.

Вычисленный таким образом результат будет иметь важное значение для различных аспектов нанотехнологий, где селен используется достаточно широко. Поверхностная энергия – это энергия, необходимая для создания новой поверхности, соответственно, на наноуровне она доминирует, как говорят сами ученые. Новое более точное значение поверхностной энергии поможет улучшить антибактериальные покрытия, содержащие этот элемент.

Также результат исследований поможет в предсказании фазовых диаграмм наносплавов, что важно для создания компьютерных запоминающих устройств. Подробные результаты работы опубликованы в журнале Applied Physics Letters.

В ближайшем будущем группа планирует продолжить исследования, рассмотрев изменения поверхностной энергии селена с температурой. Они также надеются на дальнейшее улучшение используемой модели нанотермодинамики информацией о различии поверхностных атомов в центре фрагмента и расположенных по краям.