Tokyo-Electricity se usa para alimentar su automóvil o su hogar, también se usa para alimentar su corazón y cerebro. Las baterías en máquinas o células en el cuerpo conducen electricidad al pasar iones a través de líquidos. Las propiedades líquidas como la viscosidad y la conductancia determinanrendimiento de las máquinas. Estas propiedades reflejan cómo se mueven los iones en el líquido, pero no se comprende bien cómo se mueven los iones a nivel atómico. Un nuevo estudio realizado por investigadores del Instituto de Ciencias Industriales IIS de la Universidad de Tokio informa la primera observación directa deiones de oro que se mueven en líquido. El estudio, que puede leerse Avances científicos , se espera que proporcione una base para dispositivos más eficientes energéticamente.
El profesor asociado de IIS, Teruyasu Mizoguchi, explica que hay varias formas de estudiar el movimiento de iones.
"Modelamos el movimiento como homogéneo a nivel macroscópico. Pero el movimiento es muy heterogéneo a nivel atómico", dice.
Esta heterogeneidad nunca se ha observado directamente, pero se cree que tiene un impacto significativo en las propiedades de un líquido.
Mizoguchi dirigió un equipo de investigadores para observar los iones de oro que se difunden en un líquido iónico. Para ello, colocaron el líquido en un sistema anular de microscopía electrónica de transmisión de exploración de campo oscuro ADF-STEM desarrollado por JEOL Ltd ..En ADF STEM, el brillo del ion depende del número atómico, y entre los metales el oro tiene uno de los más altos. También en ADF-STEM, el líquido se coloca en el vacío. Los líquidos normales se evaporan al vacío, pero esto no es así.para líquidos iónicos debido a sus fuertes interacciones electrostáticas.
Las observaciones de ADF STEM revelaron que los iones de oro se comportan con un tipo distintivo de difusión en líquido.
"Encontramos que los iones de oro estaban atrapados en pequeños espacios o jaulas. Las jaulas fueron hechas por moléculas de solventes contraiónicas", dijo el primer autor Tomohiro Miyata.
Estas jaulas se moverían con oro dentro de ellas, pero a veces el oro escaparía para entrar en otra jaula a través de lo que Miyata describe como un "salto de jaula".
"Encontramos dinámicas heterogéneas. Los iones a veces hacen grandes desplazamientos. A veces hacen pequeños saltos", dice.
Las diferentes dinámicas probablemente se debieron a la heterogeneidad del líquido iónico. Al rastrear el movimiento de los iones de oro, los investigadores pudieron cuantificar las propiedades atómicas fundamentales del líquido, incluido el coeficiente de difusión y la energía de activación.
"La dinámica local a escala atómica determina las propiedades macroscópicas. Usando esta información, podemos mejorar el comportamiento de los líquidos para construir nanopartículas y catalizar reacciones químicas", dijo Mizoguchi.
Se espera que la comprensión del comportamiento de los líquidos a nivel atómico contribuya al diseño de baterías con menos volatilidad e inflamabilidad junto con una mejor conductividad para dispositivos con mayor eficiencia energética.
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Materiales proporcionado por Instituto de Ciencias Industriales, Universidad de Tokio . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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