Schema della rivelazione ottica in retroazione delle firme idrodinamiche della nucleazione. una sonda orientata verticalmente (VOP) scansionata sopra i nuclei nascenti di Cu sull'elettrodo ITO (grigio). Il gradiente blu rappresenta la forza dell'interazione taglio-forza attorno ai nuclei causata dagli strati di idratazione. La linea tratteggiata rossa mostra l'intensità di dispersione utilizzata come punto di riferimento per mantenere la punta della sonda a una separazione costante dalla superficie del vetrino ITO. b Il decadimento esponenziale del campo evanescente con la distanza (asse z) dalla superficie dell'ITO e come questo si rapporta al set-point di intensità nel pannello a. c Rappresentazione schematica del contrasto (spostamento di frequenza della sonda) indotto dall'interazione taglio-forza sperimentata dalla punta durante la scansione sopra nuclei in evoluzione a un determinato punto di regolazione. d Ampiezza di oscillazione VOP in funzione della distanza da una superficie di mica pulita in acqua ultrapura. Questa curva illustra l'interazione dello strato di idratazione nell'imaging HS-LMFM. Credito:Università di Bristol
Galvanotecnica, o elettrodeposizione, è uno dei processi più importanti in chimica, in cui un catione metallico in soluzione può essere ridotto alla sua forma elementare applicando un potenziale elettrico ad un elettrodo.
Ciò consente di realizzare contatti elettrici in circuiti integrati con precisione nanometrica.
Nonostante decenni di ricerca in tutto il mondo, visualizzare le prime fasi dell'elettrodeposizione - la formazione del primo nucleo - rimane una sfida formidabile.
Un lavoro collaborativo che coinvolge le scuole di chimica dell'Università di Bristol, Physics e il Bristol Centre for Functional Nanomaterials CDT hanno ideato un approccio completamente nuovo per monitorare il processo che porta alla nascita di un nucleo in tempo reale.
Scrivere sul diario Comunicazione della natura , il team mostra come rilevare perturbazioni locali molto piccole della struttura dell'acqua vicino alla superficie, è possibile seguire la complessa dinamica delle prime fasi dell'elettrodeposizione.
David Fermin, Professore di Elettrochimica e autore principale del lavoro, ha dichiarato:"Questo è uno sviluppo molto eccitante che spinge i confini della risoluzione spazio-temporale dei processi elettrochimici.
"Esistono metodi altamente sofisticati che consentono di monitorare fenomeni su scala atomica, ma compromettendo la dinamica del processo, mentre altri metodi possono seguire dinamiche molto veloci ma non possiamo "vedere" dove accadono nello spazio".
Utilizzando la microscopia a forza molecolare laterale, sviluppato dal team del professor Mervyn Miles presso la School of Physics, il team è stato in grado di individuare la formazione di un nucleo metallico seguendo le perturbazioni delle proprietà viscoelastiche degli strati di idratazione con risoluzione nanometrica.
Questo microscopio funziona rilevando piccoli cambiamenti nell'oscillazione di una punta molto affilata come risultato della pura forza introdotta dagli strati d'acqua.
L'aspetto affascinante di questo approccio è che possiamo rilevare cambiamenti molto sottili nella struttura dell'acqua in tempo reale.
Secondo il professor Fermin, questo è solo un esempio (e molto impegnativo) della nuova scienza che questo microscopio unico può svelare in campi come l'elettrochimica interfacciale e la catalisi per l'energia.
