Når faste stoffer og væsker mødes:I detaljer i nanoskala

Hvordan en væske interagerer med overfladen af ​​et fast stof er vigtigt i batterier og brændselsceller, kemisk produktion, korrosionsfænomener, og mange biologiske processer.

For bedre at forstå denne fast-flydende grænseflade, forskere ved Berkeley Lab udviklede en platform til at udforske disse interaktioner under virkelige forhold ("in situ") på nanoskala ved hjælp af en teknik, der kombinerer infrarødt lys med en atomkraftmikroskopi (AFM) sonde. Resultaterne blev offentliggjort i tidsskriftet Nano bogstaver .

Holdet udforskede interaktionen mellem grafen og flere væsker, inklusive vand og en almindelig batterielektrolytvæske. Grafen er en atomisk tynd form for kulstof. Dets enkeltlags atomstruktur giver materialet nogle unikke egenskaber, inklusive utrolig mekanisk styrke og høj elektrisk ledningsevne.

Forskere brugte en stråle af infrarødt lys produceret ved Berkeley Labs Advanced Light Source, og de fokuserede den på spidsen af ​​en AFM-sonde, der scannede hen over en sektion af grafen i kontakt med væskerne. Den infrarøde teknik giver en ikke-destruktiv måde at udforske den aktive nanoskala-kemi i fast-væske-grænsefladen.

Ved at måle det infrarøde lys spredt fra sondens spids, forskere indsamlede detaljer om de kemiske forbindelser og koncentrationen af ​​ladede partikler langs faststof-væske-grænsefladen. Samme teknik, som afslørede skjulte funktioner på denne grænseflade, som ikke blev set ved hjælp af konventionelle metoder, kan bruges til at udforske en række materialer og væsker.

Forskere fra laboratoriets afdeling for materialevidenskab, Molekylært støberi, og Energy Storage and Distributed Resources Division deltog i undersøgelsen. Molecular Foundry og Advanced Light Source er DOE Office of Science brugerfaciliteter.