Naujas geležies jonų sąveikos su grafenu և vandeniu supratimas gali pagerinti vandens valymo procesus և taupyti elektrą

Mokslininkų grupė, vadovaujama Šiaurės vakarų inžinierių Argonos nacionalinės laboratorijos, atrado naujų jonų, susijusių su jonų sąveika grafenas և Vandens supratimas gali parodyti naujų energiją taupančių elektrodų susidarymą baterijose arba suteikti magistralines jonines medžiagas neuromorfinėms kompiuterinėms programoms.

Grafenas, žinomas dėl nepaprastų savybių – nuo mechaninio stiprumo iki elektroninio laidumo iki drėkinamo skaidrumo -, grafenas vaidina svarbų vaidmenį įgyvendinant daugelį aplinkos ir energetikos projektų, tokių kaip vandens gėlinimas, elektrocheminis kaupimas ir energijos gavyba. Vandens tarpininkaujama elektrostatinė sąveika skatina cheminius procesus, kuriais grindžiamos šios technologijos, todėl gebėjimas kiekybiškai kiekybiškai įvertinti grafeno jonų ir įkrautų molekulių sąveiką yra gyvybiškai svarbus norint sukurti efektyvesnius pasikartojimus.

„Aplinka yra labai svarbi, kai ji sąveikauja su materijos jonais. „Vanduo vaidina gyvybiškai svarbų vaidmenį tarpininkaujant jonams, molekulėms ir sąsajoms, o tai lemia daugybę natūralių-technologinių procesų“, – sakė tyrimui vadovavusi medžiagų mokslo ir technologijų profesorė Taylor Monica Olvera de la Cruz. “Tačiau mes nelabai suprantame, kaip vandens sukeltos sąveikos veikia nanofondą nanodalelėje.”

Grafeno ir vandens sąsaja

Jonų sąveikos grafeno ir vandens sąsajoje iliustracija. Paskola: Šiaurės vakarų universitetas

Naudodama kompiuterinius modelių modeliavimus, pagrįstus rentgeno inžinerijos eksperimentais argonautuose, komanda ištyrė dviejų priešingai įkrautų jonų sąveiką tarp dviejų grafeno paviršių skirtingose ​​ribotose vandens vietose. Jie nustatė, kad sąveikos stiprumas nėra pakankamas, kai keičiasi jonų padėtis. Šis simetrijos intervalas, kurį tyrėjai pavadino nesąveika, yra reiškinys, kurio anksčiau nenumatė elektrostatinė teorija.

Tyrėjai nustatė, kad sąveika tarp priešingai įkrautų jonų yra transformuojama, kai vienas jonas dedamas į grafeno sluoksnius, o kitas absorbuojamas sąsajoje.

„Iš savo darbo galime daryti išvadą, kad vien vandens struktūra sąsajose negali nustatyti efektyvios elektrostatinės sąveikos tarp jonų“, – sakė Felipe Jimenezas-Angelesas, Šiaurės vakarų inžinerijos skaičiavimo teorijos centro vyresnysis mokslo darbuotojas. daro prielaidą, kad sąsajoje esančių jonų ir jonų sąveikai netaikomos izotropinės և Kulono dėsnio transliacijos simetrijos և gali būti tiek kopijuojamuose, tiek nekopijuojamuose modeliuose. Šis asimetrinis ne jonų krūvis veikia mūsų suvokimą apie jonų diferenciacijos mechanizmus, tokius kaip jonų selektyvumas ir jonų specifiškumas “.

„Šie rezultatai atskleidžia dar vieną sluoksnį, kaip jonai sąveikauja su sąsajomis“, – sakė Paulas Fenteris, Argonne’o chemijos inžinerijos katedros vyresnysis bendradarbis, kuris vadovavo rentgeno matavimams naudojant pagrindinį fotonų šaltinį „Argon“. “Pažymėtina, kad šios idėjos yra kildinamos iš modelių, kurie yra patvirtinti prieš eksperimentinius tos pačios sistemos stebėjimus”.

Šie rezultatai gali turėti įtakos tolesniam membranų, naudojamų selektyviam aplinkosaugos technologijose naudojamų jonų absorbavimui, pavyzdžiui, vandens valymo procesų, baterijų, kondensatorių, skirtų elektrai kaupti, biomolekulių, tokių kaip baltymai, projektavimui. DNR:,

Jonų sąveikos supratimas gali paveikti neuromorfinio kompiuterio progresą, kai kompiuteriai veikia kaip žmogaus smegenys, kad atliktų sudėtingas užduotis daug efektyviau nei dabartiniai kompiuteriai. Ličio jonai gali pasiekti plastiškumą, pavyzdžiui, įvesdami ar palikdami grafeno sluoksnius neuromorfiniuose įtaisuose.

„Grafenas yra ideali medžiaga prietaisams, perduodantiems signalus per jonų transportą elektrolituose, skirti naudoti neuromorfiškai“, – sakė Olvera de la Cruz. “Mūsų tyrimas parodė, kad grafeno elektrolito fiziškai absorbuotų elektronų jonų sąveika yra atstumianti ir daro įtaką tokių prietaisų mechanizmui.”

Tyrimas suteikia tyrėjams pagrindinį supratimą apie elektrostatinę sąveiką vandens aplinkoje, esančią vandens aplinkoje virš santykio su vandens grafenu, kurią galima panaudoti tiriant kitus fizikos ir mokslo procesus.

„Grafenas yra reguliarus paviršius, tačiau šios išvados gali padėti paaiškinti elektrostatinę sąveiką sudėtingesnėse molekulėse, tokiose kaip baltymai“, – sakė Jimenezas-Angelesas. “Mes žinome, kad tai, kas yra baltyme, yra elektrostatinis krūvis. Šis darbas suteikia mums naują galimybę ištirti ir stebėti šias galimas sąveikas “.

Nuoroda. „Uždaro vandens sukelta abipusė sąveika“ Felipe Jimenez-Angeles, Catherine mon. Harmonija, Trungas Du Nguyenas, Paulas Fenteris և Monica Olvera de la Cruz, 2020 m Lapkričio 17 d. Fizinės apžvalgos egzaminas,
DOI: 10.1103 / PhysRevResearch.2.043244:

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Dalelių fizikai problemą, vadinamą „persekiojimu“, sprendė daugiau nei 20 metų.

Iliustracija seka spindulio keliu, kai jis eina per stačiakampę, radijo dažnio, vario, magneto, juodojo dipolio ir modulinę matavimo sistemą ir į dalelių detektorių. ...

2D medžiagų paėmimas sukimui

„Spintronic“ skaičiavimo meno koncepcijos iliustracija. Tskubos universiteto Aukšto slėgio fizikos instituto mokslininkai kuria naują molibdeno disulfido tranzistorių, kuris sukuria elektronų sukimosi vaizdą, kuris galėtų atverti...

Marsas, Plejadės, Jupiteris, Saturnas ir kiti išskirtiniai „Skywatching“ 2021 m. Kovo mėn

Ko reikia kovo mėnesį? Marsas su draugais vakare, o grįžtančios planetos grįžta… Pirmąją savaitę arba kovo mėnesį Marsą rasite netoli Pleiades žvaigždžių spiečiaus vakaruose, praėjus...

„Prarastos ledo paslaptys“ galiausiai buvo išspręstos judant Žemės plutai

Grenlandijos ledynai 2018. Kreditas: NIOZ, Kim Sauter Naujo pasaulinio ledo dangos atstatymas per pastaruosius 80 000 metų. Ledynmečiu vidutinis pasaulio jūros lygis mažėja, nes didelis jūros...

Pirmieji Naujosios Anglijos žmonės gali turėti bendrą žemę su vilna

Vilnonio mamuto (Mammuthus primigenius) ekspozicijos Karališkame BC muziejuje Viktorijoje, Britų Kolumbijoje, Kanadoje. Paroda yra 1979 m., O kailis - muskuso plaukai. Autorius:...

Newsletter

Subscribe to stay updated.