Er gebeuren interessante dingen op interfaces, en wanneer vaste stoffen vloeistoffen ontmoeten, is dit geen uitzondering. Inzicht in de complexe verschijnselen die plaatsvinden op deze 'vast-vloeistof'-interface zou ons belangrijke aanwijzingen kunnen geven over hoe we betere medische apparaten en batterijen met een langere levensduur kunnen bouwen, maar tot op heden was het moeilijk om vat te krijgen op hoe chemische ionen in de oplossing zich op dit cruciale moment gedragen. Tot nu, dat is.

Een team onder leiding van UCD-wetenschappers heeft een nieuwe tool ontwikkeld om een ​​duidelijker beeld op te bouwen van wat er op deze interface gebeurt. en cruciaal, kan dit op nanoschaal. De procedure, die is gepubliceerd in Natuurcommunicatie , staat om onderzoek in de biologische en materiaalwetenschap mogelijk te maken.

"Het vast-vloeistof-interface is de locatie van veel belangrijke fysieke, biologische en chemische processen, " legt onderzoeker Liam Collins uit, die een Ph.D. in de Nanoscale Function Group. "Als je biosystemen wilt begrijpen, ziekten en nieuwe biomaterialen, of processen in energiesystemen zoals batterijen, je moet begrijpen wat er gebeurt op het grensvlak vast-vloeistof."

Wat er op atomair niveau op dit grensvlak gebeurt, kan een impact hebben op een meer zichtbaar of macroscopisch niveau - de manier waarop het lichaam functioneert, of hoe snel een batterij leeg raakt, bijvoorbeeld - zodat technieken die kunnen werken op atomaire lengteschalen ons fundamentele begrip van materialen en apparaten kunnen verbeteren, merkt op Collins, die samenwerkt met Dr Brian Rodriguez aan het UCD Conway Institute of Biomolecular and Biomedical Research.

Bestaande technieken, zoals de atoomkrachtmicroscoop, stellen onderzoekers al in staat om een ​​goed 'zicht' te krijgen op fysieke structuren op het grensvlak vast-vloeistof, maar niet hoe ionen zich gedragen op dit grensvlak, hij legt uit:"Dus we wilden structurele informatie combineren met een elektrochemische functie."

Om deze multimodale weergave te krijgen, Collins werkte samen met collega's in UCD, Oak Ridge National Laboratory in de VS en Taras Shevchenko Kiev National University in Oekraïne om een ​​techniek te ontwikkelen die elektrochemische krachtmicroscopie (EcFM) wordt genoemd.

Het voordeel van de nieuwe techniek is dat het onderzoekers in staat stelt een duidelijker beeld te krijgen van wat er in situ aan de hand is op dit belangrijke grensvlak tussen vast en vloeibaar, in plaats van metingen in lucht te doen en te extrapoleren naar vloeistoffen. legt Collins uit.

De wetenschappers richten hun aandacht nu op nieuwe materialen, een daarvan is een vorm van ultradunne koolstof genaamd grafeen, die toepassingen heeft in energieopslag. "Waarschijnlijk zal de onmiddellijke verbetering die uit deze EcFM-techniek komt, een beter begrip zijn van energiesystemen zoals dubbellaagse condensatoren en lithium-ionbatterijen, ", zegt Collins. "Als we de processen op nanoschaal hier kunnen begrijpen, het zal ons op zijn beurt in staat stellen om de efficiëntie en levensduur van apparaten te verbeteren."

Hij heeft ook oog voor een breed scala aan toepassingen op langere termijn die zouden kunnen voortkomen uit een beter begrip van de relatie tussen structuur en functie in biologische systemen. "Dat kan ons helpen om in vivo batterijen te ontwikkelen die biobrandstoffen gebruiken, of om ziekten te begrijpen, zoals de ziekte van Alzheimer, op een fundamenteel niveau."