Hoe een vloeistof interageert met het oppervlak van een vaste stof is belangrijk in batterijen en brandstofcellen, chemische productie, corrosieverschijnselen, en vele biologische processen.

Om deze vast-vloeistof-interface beter te begrijpen, onderzoekers van Berkeley Lab ontwikkelden een platform om deze interacties onder reële omstandigheden ("in situ") op nanoschaal te onderzoeken met behulp van een techniek die infraroodlicht combineert met een atoomkrachtmicroscopie (AFM) -sonde. De resultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift Nano-letters .

Het team onderzocht de interactie van grafeen met verschillende vloeistoffen, inclusief water en een gewone elektrolytvloeistof voor batterijen. Grafeen is een atomair dunne vorm van koolstof. De enkellaagse atomaire structuur geeft het materiaal enkele unieke eigenschappen, inclusief ongelooflijke mechanische sterkte en hoge elektrische geleidbaarheid.

Onderzoekers gebruikten een bundel infrarood licht geproduceerd door Berkeley Lab's Advanced Light Source en ze concentreerden het op de punt van een AFM-sonde die over een deel van grafeen in contact met de vloeistoffen scande. De infraroodtechniek biedt een niet-destructieve manier om de actieve chemie op nanoschaal van het vast-vloeistof-grensvlak te onderzoeken.

Door het infraroodlicht te meten dat vanaf de punt van de sonde wordt verstrooid, onderzoekers verzamelden details over de chemische verbindingen en de concentratie van geladen deeltjes langs het grensvlak vast-vloeistof. Dezelfde techniek, die verborgen functies op deze interface onthulde die niet werden gezien met conventionele methoden, kan worden gebruikt om een ​​scala aan materialen en vloeistoffen te verkennen.

Onderzoekers van de afdeling Materials Sciences van het Lab, Moleculaire Gieterij, en Energy Storage and Distributed Resources Division namen deel aan het onderzoek. De Molecular Foundry en Advanced Light Source zijn gebruikersfaciliteiten van het DOE Office of Science.