Succedono cose interessanti alle interfacce, e quando i solidi incontrano i liquidi non fa eccezione. Comprendere i complessi fenomeni che si verificano in questa interfaccia "solido-liquido" potrebbe darci importanti indizi su come costruire dispositivi medici migliori e batterie più durature, ma fino ad oggi è stato difficile capire come si comportano gli ioni chimici nella soluzione in questo frangente cruciale. Fino ad ora, questo è.
Un team guidato da scienziati dell'UCD ha sviluppato un nuovo strumento per creare un quadro più chiaro di ciò che sta accadendo in questa interfaccia, e, soprattutto, può farlo su scala nanometrica. La procedura, che è pubblicato in Comunicazioni sulla natura , sta per consentire la ricerca nella scienza biologica e dei materiali.
"L'interfaccia solido-liquido è la posizione di molti importanti fattori fisici, processi biologici e chimici, " spiega il ricercatore Liam Collins, chi sta completando un dottorato di ricerca nel gruppo di funzioni su nanoscala. "Se vuoi capire i biosistemi, malattie e nuovi biomateriali, o processi in sistemi energetici come batterie, devi capire cosa succede all'interfaccia solido-liquido."
Ciò che accade a livello atomico in questa interfaccia può avere un impatto a un livello più visibile o macroscopico:il modo in cui funziona il corpo, o quanto velocemente una batteria si scarica, per esempio - così le tecniche che possono operare su scale di lunghezza atomica possono migliorare la nostra comprensione fondamentale di materiali e dispositivi, osserva Collins, che lavora con il dottor Brian Rodriguez all'UCD Conway Institute of Biomolecular and Biomedical Research.
Tecniche esistenti, come il microscopio a forza atomica, consentono già ai ricercatori di avere una buona "visione" delle strutture fisiche all'interfaccia solido-liquido, ma non come si comportano gli ioni in questa interfaccia, spiega:"Così abbiamo deciso di unire le informazioni strutturali con la funzione elettrochimica".
Per ottenere questa visualizzazione multimodale, Collins ha lavorato con i colleghi dell'UCD, Oak Ridge National Laboratory negli Stati Uniti e Taras Shevchenko Kiev National University in Ucraina per sviluppare una tecnica chiamata microscopia a forza elettrochimica (EcFM).
Il vantaggio della nuova tecnica è che consente ai ricercatori di ottenere un quadro più chiaro di ciò che sta accadendo in questa chiave interfaccia solido-liquido in situ piuttosto che effettuare misurazioni in aria ed estrapolarle ai liquidi, spiega Collins.
Gli scienziati stanno ora rivolgendo la loro attenzione a nuovi materiali, uno è una forma di carbonio ultrasottile chiamato grafene, che ha applicazioni nello stoccaggio di energia. "Probabilmente il miglioramento immediato derivante da questa tecnica EcFM sarà una migliore comprensione dei sistemi energetici come i condensatori a doppio strato e le batterie agli ioni di litio, " dice Collins. "Se possiamo capire i processi su scala nanometrica qui, a sua volta ci consentirà di migliorare l'efficienza e la durata dei dispositivi."
Ha anche un occhio a una vasta gamma di applicazioni a lungo termine che potrebbero derivare da una migliore comprensione della relazione tra struttura e funzione nei sistemi biologici. "Questo potrebbe aiutarci a sviluppare batterie in vivo che sfruttano i biocarburanti, o per capire le malattie, come il morbo di Alzheimer, a un livello fondamentale».
