یافته ها می تواند در مورد طراحی فن آوری های زیست محیطی در پشت فرآیندهای تصفیه آب و ذخیره برق – اطلاعات – ScienceDaily


یک تیم تحقیقاتی به سرپرستی مهندسین دانشگاه نورث وسترن و محققان آزمایشگاه ملی آرگون ، اکتشافات جدیدی در مورد نقش فعل و انفعالات یونی در گرافن و آب کشف کرده اند. بینش ها می توانند از طراحی الکترودهای جدید باتری کارآمد مطلع شوند یا مواد اولیه یونی را برای کاربردهای محاسباتی نورومورفیک فراهم کنند.

گرافن به دلیل خواص استثنایی خود ، از مقاومت مکانیکی گرفته تا هدایت الکترونیکی تا شفافیت مرطوب شدن ، شناخته شده است و در بسیاری از کاربردهای محیطی و انرژی مانند نمک زدایی آب ، ذخیره انرژی الکتروشیمیایی و جمع آوری انرژی نقش مهمی دارد. فعل و انفعالات الکترواستاتیک با واسطه آب ، فرآیندهای شیمیایی موجود در پشت این فن آوری ها را هدایت می کند ، و به این ترتیب توانایی کمی سازی فعل و انفعالات بین گرافن ، یون ها و مولکول های باردار برای طراحی تکرارهای کارآمد و موثر بسیار حیاتی است.

مونیکا اولورا د لا کروز ، وکیل دادگستری ، گفت: “هر زمان که با یونها در ارتباط باشید ، محیط بسیار مهم است. آب نقش مهمی در ایجاد ارتباط بین یونها ، مولکول ها و رابط ها دارد که منجر به فرآیندهای مختلف طبیعی و فناوری می شود.” تیلور ، استاد علوم و مهندسی مواد که مطالعه را رهبری می کند. “و با این وجود چیزهای زیادی وجود دارد که ما نمی فهمیم چگونه فعل و انفعالات واسطه آب تحت تأثیر مقیاس نانو در مقیاس نانو هستند.”

تیم تحقیقاتی با استفاده از شبیه سازی های مدل رایانه ای در مهندسی نورث وسترن و آزمایش بازتاب اشعه ایکس در آرگون ، تعامل بین دو یون باردار مخالف را در موقعیت های مختلف آب محصور شده بین دو سطح گرافن بررسی کردند. آنها دریافتند که قدرت تعامل در هنگام مبادله موقعیت های یونی معادل نیست. این شکاف در تقارن ، که محققان آن را فعل و انفعالات غیر متقابل می نامند ، پدیده ای است که قبلاً توسط نظریه الکترواستاتیک پیش بینی نشده بود.

محققان همچنین دریافتند که فعل و انفعالات بین یون های دارای بار مخالف هنگامی دافعه می شود که یونی به لایه های گرافن وارد می شود و دیگری در مرز جذب می شود.

فیلیپه جیمنز-آنجلیس ، یکی از اعضای ارشد مرکز محاسبات و تئوری مواد نرم در مهندسی شمال غربی و رهبر ، گفت: “از کار ما ، می توانیم نتیجه بگیریم كه ساختار آب در نزدیك رابط ها به تنهایی نمی تواند تعامل الكترواستاتیك موثر بین یون ها را تعیین كند.” نویسنده مطالعه “متقابل غیر متقابل که مشاهده کردیم نشان می دهد که فعل و انفعالات یونی-یونی از تقارن همسانگرد و ترجمه قانون کولن پیروی نمی کنند و می توانند در هر دو مدل قطبش پذیر و غیرقابل قطبش وجود داشته باشند. این قطبش نامتقارن آب بر درک ما از مکانیسم های تمایز یونی مانند انتخاب یون و ویژگی یون. “

پل فنتر ، دانشمند ارشد و سرپرست تیم در بخش علوم و مهندسی شیمی آرگون ، كه اندازه گیری های اشعه ایكس را با استفاده از منبع پیشرفته فوتون مدیریت می كند ، گفت: “این نتایج لایه دیگری از پیچیدگی تعامل یونها با رابط ها را نشان می دهد.” “مهم است که این بینش از شبیه سازی حاصل شود که در برابر مشاهدات تجربی برای همان سیستم تأیید شده است.”

این نتایج می تواند در طراحی غشاهای جذب یونی انتخابی مورد استفاده در فناوری های محیطی مانند فرآیندهای تصفیه آب ، باتری ها و خازن ها برای ذخیره برق و خصوصیات مولکول های زیستی مانند پروتئین ها و DNA تأثیر بگذارد.

درک فعل و انفعالات یونی همچنین می تواند بر پیشرفت در محاسبات نورومورفیک تأثیر بگذارد – جایی که رایانه ها مانند مغز انسان کار می کنند تا کارهای پیچیده را بسیار کارآمدتر از رایانه های فعلی انجام دهند. یون لیتیوم می تواند به قابلیت انعطاف پذیری دست یابد ، به عنوان مثال با قرار دادن یا خارج شدن از لایه های گرافن در دستگاه های نورومورفیک.

اولورا دلا کروز گفت: “گرافن یک ماده ایده آل برای دستگاه هایی است که سیگنال ها را با حمل و نقل یون به الکترولیت ها برای کاربردهای عصبی منتقل می کنند.” “مطالعه ما نشان می دهد که فعل و انفعال بین یونهای مقاطعی در گرافن و یونهای جذب شده فیزیکی در الکترولیت دافعه است و بر مکانیک چنین دستگاههایی تأثیر می گذارد.”

این مطالعه درک بنیادی از فعل و انفعالات الکترواستاتیک در محیط های آبی نزدیک رابط هایی را دارد که فراتر از پیوند آب با گرافن است ، که برای مطالعه سایر فرایندهای فیزیک و علوم بسیار مهم است.

خیمنز-آنجلیس گفت: “گرافن یک سطح منظم است ، اما این یافته ها ممکن است در توضیح فعل و انفعالات الکترواستاتیک در مولکولهای پیچیده تر مانند پروتئین ها کمک کند.” “ما می دانیم که آنچه در داخل پروتئین است و بارهای الکترواستاتیک خارج از آن مهم است. این کار به ما فرصت جدیدی می دهد تا این تعاملات مهم را بررسی و بررسی کنیم.”


منبع: khabar-erfan.ir

دیدگاهتان را بنویسید

Comment
Name*
Mail*
Website*