Et nyt udseende på fast-flydende grænsefladen

Interessante ting sker ved grænseflader, og når faste stoffer møder væsker er det ingen undtagelse. At forstå de komplekse fænomener, der finder sted på denne 'fast-væske' grænseflade, kan give os vigtige spor om, hvordan man bygger bedre medicinsk udstyr og batterier, der holder længere, men til dato har det været svært at få styr på, hvordan kemiske ioner i opløsningen opfører sig på dette afgørende tidspunkt. Indtil nu, det er.

Et hold ledet af UCD-forskere har udviklet et nyt værktøj til at opbygge et klarere billede af, hvad der foregår ved denne grænseflade, og afgørende, kan gøre dette på nanoskalaen. Proceduren, som udgives i Naturkommunikation , står for at muliggøre forskning inden for biologisk og materialevidenskab.

"Interfaceet mellem fast og flydende er placeringen af ​​mange vigtige fysiske, biologiske og kemiske processer " forklarer forsker Liam Collins, der er ved at færdiggøre en ph.d. i Nanoskala funktionsgruppen. "Hvis du vil forstå biosystemer, sygdomme og nye biomaterialer, eller processer i energisystemer som batterier, du skal forstå, hvad der sker ved fast-væske-grænsefladen. "

Hvad der sker på atomniveau ved denne grænseflade kan have indflydelse på et mere synligt eller makroskopisk niveau - den måde kroppen fungerer på, eller hvor hurtigt et batteri aflades, for eksempel - så teknikker, der kan fungere på atomlængdeskalaer, kan forbedre vores grundlæggende forståelse af materialer og enheder, bemærker Collins, der arbejder med Dr. Brian Rodriguez ved UCD Conway Institute of Biomolecular and Biomedical Research.

Eksisterende teknikker, såsom atomkraftmikroskopet, giver allerede forskere mulighed for at få et godt 'overblik' over fysiske strukturer ved fast-væske-grænsefladen, men ikke hvordan ioner opfører sig ved denne grænseflade, han forklarer:"Så vi satte os for at forbinde strukturel information med elektrokemisk funktion."

For at få denne multimodale visning, Collins arbejdede sammen med kolleger i UCD, Oak Ridge National Laboratory i USA og Taras Shevchenko Kiev National University i Ukraine for at udvikle en teknik kaldet elektrokemisk kraftmikroskopi (EcFM).

Fordelen ved den nye teknik er, at den giver forskere mulighed for at få et klarere billede af, hvad der foregår ved denne vigtige faststof-væske-grænseflade in situ i stedet for at foretage målinger i luft og ekstrapolere til væsker, forklarer Collins.

Forskerne retter nu deres opmærksomhed mod nye materialer, den ene er en form for ultratyndt kulstof kaldet grafen, som har applikationer inden for energilagring. "Sandsynligvis vil den umiddelbare forbedring, der kommer ud af denne EcFM-teknik, være en bedre forståelse af energisystemer såsom dobbeltlagskondensatorer og lithiumionbatterier, " siger Collins. "Hvis vi kan forstå processerne på nanoskalaen her, det vil igen give os mulighed for at forbedre effektiviteten og levetiden for enheder."

Han har også øje for en lang række langsigtede anvendelser, der kunne komme fra en bedre forståelse af forholdet mellem struktur og funktion i biologiske systemer. "Det kan hjælpe os med at udvikle in vivo -batterier, der udnytter biobrændstoffer, eller for at forstå sygdomme, såsom Alzheimers sygdom, på et grundlæggende niveau."