Ionit vauhdikkaina erittäin ohuissa savissa

Manchesterin yliopiston johtama tutkimus on havainnut, että ionit diffusoituvat 10 000 kertaa nopeammin atomisesti ohuiden savien sisällä kuin perustavarana olevissa savikiteissä.

Savea käytetään monenlaisissa kalvosovelluksissa, joten tämä tulos tarjoaa mahdollisuuden parantaa huomattavasti suolanpoistoa tai polttokennon suorituskykyä yksinkertaisesti siirtymällä erittäin ohuisiin saviin kalvoja valmistettaessa.

Ioninvaihtona tunnettu ominaisuus mahdollistaa kerroksellisten kiderakenteiden fysikaalisten ominaisuuksien hallinnan kalvosovelluksissa. Huolimatta sen merkityksestä näissä uusissa tekniikoissa, atomien ohuiden savien ioninvaihtoprosessi on kuitenkin jäänyt suurelta osin tutkimatta.

Professori Sarah Haighin ja tohtori Marcelo Lozada-Hidalgon johtama ryhmä kirjoittaa tutkimusartikkelissa, että on mahdollista ottaa tilannekuvia atomin resoluutiolla ioneista, kun ne leviävät savikiteiden välitilaan.

Tutkijat huomasivat, että ionit diffusoituvat poikkeuksellisen nopeasti atomisesti ohuissa savissa. Ne suorastaan lähestyvät niiden nopeutta vapaassa vedessä

Täydentävät atomivoimamikroskopiamittaukset osoittivat, että nopea siirtyminen johtuu siitä, että 2D-savikerroksia sitovat pitkän kantaman (van der Waals) voimat ovat heikompia kuin irtotavarassa, mikä mahdollistaa niiden turpoamisen enemmän; eli ioneilla on enemmän tilaa, joten ne liikkuvat nopeammin.

Yllättäen tutkijat havaitsivat myös, että kohdistamalla tai kiertämällä kahta savikerrosta he voivat hallita substituoitujen ionien järjestelyjä välikerroksessa. Ionien havaittiin järjestyvän klustereiksi tai saariksi, joiden koko riippuu kerrosten välisestä kiertokulmasta. Näitä 2D-moire -superhiloja ei ole aiemmin havaittu 2D-ionihiloilla - vain kierretyille kiteille ilman ioneja.

Tutkijatohtori Yichao Zou, kommentoi aihetta Nanowerk-sivustolla: "Työmme osoittaa, että savet ja kiilteet mahdollistavat kaksiulotteisen metalli/ioni -superhilan valmistamisen. Tämä viittaa mahdollisuuteen tutkia näiden uusien rakenteiden optista ja elektronista käyttäytymistä, mikä voi olla tärkeää kvanttitekniikoille, joissa kierrettyjä hiloja tutkitaan intensiivisesti.”

Aiheesta aiemmin:

Raaka-aineinasavi ja suola

Anioneita ja protoneita (iontronic)