Natuurkundigen van de Universiteit van Washington hebben de meest nauwkeurige en gecontroleerde metingen tot nu toe uitgevoerd van de interactie tussen de atomen en moleculen waaruit lucht bestaat en het type koolstofoppervlak dat wordt gebruikt in batterijelektroden en luchtfilters - belangrijke informatie voor het verbeteren van die technologieën.

Een team onder leiding van David Cobden, UW hoogleraar natuurkunde, gebruikte een koolstofnanobuis - een naadloze, holle grafietstructuur die een miljoen keer dunner is dan een rietje en fungeert als een transistor om te bestuderen wat er gebeurt als gasatomen in contact komen met het oppervlak van de nanobuis. Hun bevindingen werden in mei gepubliceerd in het tijdschrift Natuurfysica .

Cobden zei dat hij en co-auteurs ontdekten dat wanneer een atoom of molecuul aan de nanobuis kleeft, een klein deel van de lading van één elektron naar het oppervlak wordt overgebracht, resulterend in een meetbare verandering in elektrische weerstand.

"Dit aspect van atomen die interageren met oppervlakken is nog nooit ondubbelzinnig gedetecteerd, Cobden zei. "Als veel atomen tegelijkertijd aan het minuscule buisje vastzitten, de metingen onthullen hun collectieve dansen, inclusief grote schommelingen die optreden bij opwarming analoog aan het koken van water."

Bij lithiumbatterijen blijven lithiumatomen plakken en brengen ze ladingen over op koolstofelektroden, en in actieve koolfilters, moleculen kleven aan het te verwijderen koolstofoppervlak, Cobden uitgelegd.

"Verschillende vormen van koolstof, inclusief nanobuisjes, komen in aanmerking voor opslag van waterstof of andere brandstof omdat ze een enorm intern oppervlak hebben waar de brandstofmoleculen zich aan kunnen hechten. Echter, deze technologische situaties zijn uiterst complex en moeilijk nauwkeurig uit te voeren, duidelijke metingen op."

Dit werk, hij zei, resulteerde in de meest nauwkeurige en gecontroleerde metingen van deze interacties ooit gemaakt, "en zullen wetenschappers in staat stellen nieuwe dingen te leren over het samenspel van atomen en moleculen met een koolstofoppervlak, " belangrijk voor het verbeteren van technologieën, waaronder batterijen, elektroden en luchtfilters.