World

สแนปชอตของอะตอมแสดงการย้ายไอออนอย่างรวดเร็วในดินเหนียวบางเฉียบ

Atomic snapshots show fast ion migration in ultra-thin clays
เครดิต: มหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์

การวิจัยนำโดยมหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์พบว่าไอออนกระจายตัว ภายในดินเหนียวบางอะตอมเร็วกว่าผลึกดินเหนียวจำนวนมากถึง 10,000 เท่า ดินเหนียวถูกนำมาใช้ในการใช้งานเมมเบรนที่หลากหลาย ดังนั้นผลลัพธ์นี้จึงมีศักยภาพในการทำให้การแยกเกลือออกจากเกลือหรือประสิทธิภาพของเซลล์เชื้อเพลิงดีขึ้นอย่างมาก เพียงแค่เปลี่ยนไปใช้ดินเหนียวบางเฉียบเมื่อทำการผลิตเมมเบรน

ดินเหนียว เช่น กราไฟต์ ประกอบด้วยชั้นคริสตัลที่วางซ้อนกันและสามารถแยกออกทางกลไกหรือทางเคมีเพื่อผลิตวัสดุบางพิเศษ

. ตัวชั้นเองมีความหนาเพียงไม่กี่อะตอม ในขณะที่ช่องว่างระหว่างชั้นจะแคบระดับโมเลกุลและมีไอออน ไอออนของ interlayer สามารถเปลี่ยนแปลงได้ในลักษณะที่ควบคุมได้ โดยให้ไอออนชนิดต่างๆ แทรกซึมระหว่างชั้นต่างๆ

คุณสมบัตินี้ เรียกว่าการแลกเปลี่ยนไอออน ช่วยในการควบคุมคุณสมบัติทางกายภาพของผลึกเหล่านี้ในการใช้งานเมมเบรน อย่างไรก็ตาม แม้จะมีความเกี่ยวข้องในเทคโนโลยีที่เกิดขึ้นใหม่เหล่านี้ กระบวนการแลกเปลี่ยนไอออนในดินเหนียวบางอะตอมยังคงไม่ได้สำรวจเป็นส่วนใหญ่

เขียนใน วัสดุธรรมชาติ ทีมที่นำโดยศาสตราจารย์ Sarah Haigh และ ดร.มาร์เซโล โลซาดา-อีดัลโก แสดงให้เห็นว่าเป็นไปได้ที่จะถ่ายภาพสแนปชอตของไอออนในขณะที่พวกมันกระจายตัวภายในช่องว่างระหว่างชั้นของดินเหนียว ผลึกโดยใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด ซึ่งจะช่วยให้ศึกษากระบวนการแลกเปลี่ยนไอออนด้วยความละเอียดของอะตอม นักวิจัยรู้สึกตื่นเต้นที่พบว่าไอออนกระจายตัวได้เร็วเป็นพิเศษในดินเหนียวบางอะตอม ซึ่งเร็วกว่าผลึกจำนวนมากถึง 10,000 เท่า

พื้นที่ที่จะย้าย

การวัดด้วยกล้องจุลทรรศน์กำลังปรมาณูเสริมแสดงให้เห็นว่าการโยกย้ายอย่างรวดเร็วเกิดขึ้นเนื่องจากแรงพิสัยไกล (แวนเดอร์วาลส์) ที่รวมเข้าด้วยกัน ชั้นดินเหนียว 2 มิตินั้นอ่อนแอกว่าชั้นดินจำนวนมาก ซึ่งทำให้พวกมันบวมมากขึ้น มีประสิทธิภาพไอออนมีพื้นที่มากขึ้นเพื่อให้เคลื่อนที่เร็วขึ้น

นักวิจัยยังพบว่าโดยไม่คาดคิดหรือบิดสองดินเหนียว ชั้น พวกเขาสามารถควบคุมการจัดเรียงของไอออนที่ถูกแทนที่ภายในช่องว่างระหว่างชั้น สังเกตการจัดเรียงไอออนเป็นกลุ่มหรือเกาะ ซึ่งขนาดขึ้นอยู่กับมุมบิดระหว่างชั้น การจัดเรียงเหล่านี้เรียกว่า 2D moire superlattices แต่ไม่เคยมีการสังเกตมาก่อนสำหรับ 2D ion lattices—สำหรับผลึกบิดเกลียวที่ไม่มีไอออนเท่านั้น

ดร. Yichao Zou นักวิจัยด้านดุษฏีบัณฑิตและผู้เขียนบทความฉบับแรกกล่าวว่า “งานของเราแสดงให้เห็นว่าดินเหนียวและไมกาสามารถประดิษฐ์ superlattices ไอออนโลหะ 2 มิติได้ ซึ่งแสดงให้เห็นความเป็นไปได้ในการศึกษาพฤติกรรมทางแสงและอิเล็กทรอนิกส์ของโครงสร้างใหม่เหล่านี้ ซึ่งอาจมี ความสำคัญสำหรับเทคโนโลยีควอนตัมซึ่งมีการตรวจสอบโครงข่ายบิดเกลียวอย่างเข้มข้น”


ข้อมูลเชิงลึกใหม่ในการแพร่กระจาย

นักวิจัยยังรู้สึกตื่นเต้นกับความเป็นไปได้ของการใช้ดินเหนียวและวัสดุ 2 มิติอื่นๆ เพื่อทำความเข้าใจการขนส่งไอออนในขนาดต่ำ Marcelo Lozada-Hidalgo กล่าวเสริมว่า “การสังเกตของเราว่าการแลกเปลี่ยนไอออนสามารถเร่งความเร็วได้ด้วยลำดับความสำคัญสี่ประการในดินเหนียวบางอะตอมแสดงให้เห็นถึงศักยภาพของวัสดุ 2D ในการควบคุมและเพิ่มประสิทธิภาพการขนส่งไอออน นี้ไม่เพียงแต่ให้ข้อมูลเชิงลึกใหม่พื้นฐานเกี่ยวกับการแพร่กระจายในโมเลกุลแคบ ช่องว่าง แต่แนะนำกลยุทธ์ใหม่ในการออกแบบวัสดุสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย “

นักวิจัยยังเชื่อว่าพวกเขา เทคนิค “สแนปชอต” มีการใช้งานที่กว้างกว่ามาก ศาสตราจารย์เฮกกล่าวเสริมว่า “ดินเหนียวเป็นสิ่งที่ท้าทายมากในการศึกษาความละเอียดของอะตอมในกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน เนื่องจากพวกมันสร้างความเสียหายอย่างรวดเร็ว งานนี้แสดงให้เห็นว่าด้วยกลอุบายและความอดทนอย่างมากจากทีมนักวิจัยที่ทุ่มเท เราสามารถเอาชนะความยากลำบากเหล่านี้ได้ ศึกษาการแพร่กระจายของไอออนในระดับอะตอม เราหวังว่าวิธีการที่แสดงให้เห็นในที่นี้จะช่วยให้เข้าใจลึกซึ้งยิ่งขึ้นเกี่ยวกับระบบน้ำที่จำกัดตลอดจนในการใช้งานดินเหนียวเป็นวัสดุเมมเบรนแบบใหม่”

ข้อมูลมากกว่านี้: Yi-Chao Zou et al, การแลกเปลี่ยนไอออนในดินเหนียวและไมกาที่มีอะตอมบางๆ

การอ้างอิง: สแนปชอตของอะตอมแสดงการย้ายไอออนอย่างรวดเร็วในดินเหนียวบางเฉียบ (2021, 27 สิงหาคม) ดึงข้อมูลเมื่อ 27 สิงหาคม 2564 จาก https://phys.org/news/2021-08 -atomic-snapshots-fast-ion-migration.html

เอกสารนี้อยู่ภายใต้ลิขสิทธิ์ นอกเหนือจากข้อตกลงที่เป็นธรรมเพื่อการศึกษาหรือการวิจัยส่วนตัวแล้ว ห้ามทำซ้ำส่วนหนึ่งส่วนใดโดยไม่ได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษร เนื้อหานี้จัดทำขึ้นเพื่อวัตถุประสงค์ในการให้ข้อมูลเท่านั้น

  • บ้าน
  • ธุรกิจ
  • การดูแลสุขภาพ
  • ไลฟ์สไตล์
  • เทค
  • โลก

  • อาหาร
  • เกม

  • การท่องเที่ยว
  • Leave a Reply

    Your email address will not be published. Required fields are marked *

    Back to top button