إن القدرة على المراقبة المباشرة للعمليات الكيميائية التي تحدث داخل المواد الجديدة وغير العادية هي حلم كل عالم. أصبح هذا الحلم حقيقة بفضل الأساليب المجهرية الجديدة: فقد تمكن الباحثون، لأول مرة على الإطلاق، من الحصول على صور ومقاطع فيديو تظهر اتصال الجزيئات داخل السائل الأيوني بالقطب الكهربائي المغمور فيه.
[ترجمة د.نحماني موشيه]
إن القدرة على المراقبة المباشرة للعمليات الكيميائية التي تحدث داخل المواد الجديدة وغير العادية هي حلم كل عالم. أصبح هذا الحلم حقيقة بفضل الأساليب المجهرية الجديدة: فقد تمكن الباحثون، لأول مرة على الإطلاق، من الحصول على صور ومقاطع فيديو تظهر اتصال الجزيئات داخل السائل الأيوني بالقطب الكهربائي المغمور فيه.
توفر الصور التي تم الحصول عليها من عالم النانو معلومات مفصلة حول كيفية إعادة تنظيم المكونات الكيميائية استجابة للتيار الكهربائي المطبق في بيئتها. يمكن أن تؤدي النتائج الجديدة المستندة إلى المعلومات الجديدة إلى تطوير بطاريات محسنة بالإضافة إلى تطوير تقنيات أو تقنيات طلاء أكثر كفاءة في استخدام الطاقة في مجال هندسة الطاقة الشمسية.
الأيونات السائلة (ويكيبيديا) وهي عبارة عن ذوبان أملاح عضوية يمكن أن تكون في حالة سائلة متجمعة في درجة حرارة الغرفة، على الرغم من أنها لا تحتوي على الماء. وهذه الميزة بالتحديد هي التي تجعلها مواد مثيرة للاهتمام لعدد لا يحصى من التجارب والعمليات الصناعية. هذا، نظرا لعمل أن الماء يتحلل كهربائيا عند ملامسته للأقطاب الكهربائية، حتى عند الجهد المنخفض، وهي ظاهرة تمنع بل وتمنع التفاعلات الكهروكيميائية الأخرى، وبعضها مهم للغاية. بالإضافة إلى ذلك، فإن جزيئات الماء تحيط بالأيونات وتضعف قدرتها على التفاعل بشكل صحيح. في السوائل الأيونية، التي تتكون من أيونات فقط، من الممكن حدوث تفاعلات جديدة تمامًا.
في السنوات الأخيرة، أصبحت السوائل الأيونية مجالًا بحثيًا شائعًا أدى إلى تطوير مجموعة كاملة من المركبات الجديدة. تطبيقاتها التكنولوجية عديدة: مثل إلكتروليتات في البطاريات أو خلايا الوقود أو الخلايا الشمسية ذات الأساس الصبغي وكسائل كلفاني يستخدم في تطبيقات الطلاء، على سبيل المثال الألومنيوم أو مواد أشباه الموصلات. حقيقة أنها نشطة في درجة حرارة الغرفة تجعل التعامل معها أسهل وتلك التي تؤدي إلى توفير الطاقة والتكلفة.
على الرغم من كل هذه المزايا والفضائل، لا تتوفر اليوم تقريبًا أي بيانات تتعلق بكيفية حدوث التفاعلات الكهروكيميائية في السوائل الأيونية على المستوى الجزيئي أو كيفية تنظيم الجزيئات لنفسها على القطب الكهربائي. على الرغم من أنه تم الحصول على مثل هذه البيانات الخاصة بالسوائل المائية منذ عقود بفضل الأساليب المجهرية الحديثة، إلا أن دراسات مماثلة في السوائل الأيونية باءت بالفشل إلى حد كبير: "إن الجزيئات، بشكل عام، تتحرك بسرعة كبيرة جدًا بالنسبة للأدوات الموجودة"، كما يقول البروفيسور أولاف ماجنوسن من الجامعة. (كيل في ألمانيا). وبفضل مجهر المسح النفقي الذي صنعه بنفسه، تمكن فريقه البحثي من تتبع هذه الجزيئات، وحتى تصويرها.
وتمكن الباحثون من الكشف عن كيفية تفاعل الجزيئات الموجودة في السائل، والتي يقل حجمها عن نانومتر واحد، بعد نقل تيار كهربائي عبر قطب كهربائي من الذهب. إذا لم يكن السطح مشحونًا، فإن الجزيئات تظهر سلوكًا نموذجيًا للسوائل: فهي غير منتظمة ومتحركة للغاية. ومع زيادة التيار، "تستقر" الجزيئات على سطح القطب وتشكل صفوفًا، وفي المرحلة النهائية تعيد تنظيم نفسها وتقف. خلال هذا الوقت تصبح أيضًا أبطأ وأبطأ. يوضح أحد الباحثين: "الصور التي تلقيناها فريدة من نوعها وتساعدنا على تطوير النظريات التي تشرح بشكل أفضل عمليات السوائل الأيونية التي تحدث بالقرب من القطب الكهربائي". "مثل هذه المعلومات مهمة ليس فقط للبحث الأساسي، ولكن أيضًا للتطبيقات العملية." قد تؤدي نتائج الدراسة إلى فهم أفضل للسوائل الأيونية وتسمح بتحسينها لعمليات إنتاج أكثر صداقة للبيئة.
الفيديو البحثي
فيديو: صور مجهرية وفيديو لقطب ذهبي مشحون بشحنة سالبة في سائل أيوني.
