(Phys.org) —Un microscopio de fuerza atómica de alta potencia que podría revolucionar el estudio de materiales a altas temperaturas y presiones se está enfocando en un laboratorio de la Universidad Estatal de Wright.

Steven Higgins y su equipo están construyendo una nueva versión del microscopio hidrotermal de fuerza atómica, un instrumento que podría desvelar misterios científicos y ser utilizado en el estudio de la producción de petróleo, hidrofracturamiento de capas rocosas, almacenamiento de desechos radiactivos y captura y almacenamiento de dióxido de carbono atmosférico.

"Tomé un puesto de posdoctorado en la Universidad de Wyoming que se construyó alrededor de la construcción de uno de los primeros microscopios hidrotermales de fuerza atómica, "dijo Higgins, Doctor., profesor de química y director asociado del Ph.D. en Ciencias Ambientales de Wright State. programa. "Desde entonces, Me ha interesado construir el siguiente mejor microscopio ".

A diferencia de un microscopio óptico convencional, el microscopio hidrotermal de fuerza atómica consiste en una sonda afilada montada en el extremo de un voladizo. El voladizo se convierte en sensor cuando la sonda entra en contacto con el material en estudio, creando una señal eléctrica que crea una imagen en un monitor. La "fuerza atómica" del microscopio proviene de la interacción de los átomos de la sonda y la superficie.

Higgins ayudó a construir un microscopio de este tipo a fines de la década de 1990. Fue capaz de obtener imágenes de superficies a temperaturas de 150 grados centígrados y presiones de 10 atmósferas. La nueva versión lo llevaría a 250 grados centígrados y 80 atmósferas.

"Si somos capaces de alcanzar los 250 grados, eso es realmente fenomenal, "Dijo Higgins." Eso pone a este microscopio muy por encima de la tecnología existente. Puede haber un interés de la comunidad de investigación más amplia en un microscopio que pueda operar en esas condiciones ".

Los microscopios electrónicos de barrido convencionales normalmente deben operarse en el vacío, generalmente en el mundo irreal de un laboratorio. El microscopio hidrotermal puede observar minerales y otras superficies sólidas a medida que reaccionan con los fluidos en su entorno nativo. dando una vista más precisa.

Esto le da a los microscopios aplicaciones en la ciencia de la corrosión y la formación de incrustaciones minerales, que es importante para la industria petrolera.

"Al igual que una arteria tendería a bloquearse con placa con el tiempo, las carcasas de los pozos tienden a bloquearse con incrustaciones minerales, "Dijo Higgins." Eso reduce la productividad, aumenta los costos y eventualmente resulta en la incapacidad de extraer petróleo ".

El microscopio se está construyendo a través de una asociación con el Laboratorio Nacional Oak Ridge, que cuenta con un equipo de geocientíficos que se enfocan en alta temperatura, reacciones de alta presión en interfaces de fluidos minerales.

"Están interesados ​​en llevar su conjunto de instrumentos a un nuevo nivel, "Dijo Higgins." Están financiados para analizar problemas que podrían estar relacionados con la hidrofractura, almacenamiento de residuos radiactivos, secuestro de dióxido de carbono. Estos son problemas geoquímicos que preocupan al Departamento de Energía de Estados Unidos ".

El microscopio también podría ayudar a responder preguntas que mejorarían la comprensión de la ciencia básica.

"¿Cómo se comportan estos átomos en particular a escala atómica a estas temperaturas bajo estas condiciones?" Higgins dijo. "Este tipo de microscopio es realmente insuperable en términos de su capacidad para responder preguntas que podrían formularse en torno a esa premisa. Ocasionalmente, aprendes algo que es bastante inesperado ".

Higgins dijo que los fabricantes de microscopios comerciales de fuerza atómica no están tan interesados ​​en elevar la temperatura objetivo.

"Así que tenemos que construirlos por nuestra cuenta, ", dijo." Tenemos que diseñarlos, tenemos que probarlos, tenemos que aplicarlos a nuestros propios problemas ".

Jacky Bracco, un doctorado estudiante de ciencias ambientales de Atlanta, está ayudando a construir el microscopio. El supervisor de taller de ingeniería mecánica John Lawless y el estudiante de ingeniería Matthew Pifher también han trabajado en él.

"El desafío principal es tomar los materiales que usábamos en las iteraciones antiguas y usarlos a temperaturas más altas, "Dijo Bracco.

Higgins dijo que probablemente pasará un año antes de que su equipo sepa si el nuevo microscopio podrá alcanzar los 250 grados.