Доцент IIS Теруясу Мизогучи объясняет, что есть несколько способов изучения движения ионов.
"Мы моделируем движение как однородное на макроскопическом уровне. Но движение очень неоднородно на атомарном уровне », — говорит он.
Эта неоднородность никогда не наблюдалась напрямую, но считается, что она оказывает значительное влияние на свойства жидкости.
Мидзогучи руководил группой исследователей, которые наблюдали диффузию ионов золота в ионной жидкости. Для этого они поместили жидкость в кольцевую систему сканирующей просвечивающей электронной микроскопии в темном поле (ADF-STEM), разработанную JEOL Ltd.. В ADF STEM яркость иона зависит от атомного номера, и среди металлов золото имеет один из самых высоких показателей. Также в ADF-STEM жидкость помещается в вакуум.
Обычные жидкости испаряются в вакууме, но это не так для ионных жидкостей из-за их сильного электростатического взаимодействия.
Наблюдения ADF STEM показали, что ионы золота ведут себя с особым типом диффузии в жидкости.
"Мы обнаружили, что ионы золота были захвачены в небольших пространствах или клетках. «Клетки были сделаны из молекул противоионного растворителя», — сказал первый автор Томохиро Мията.
Эти клетки перемещались с золотом внутри них, но иногда золото ускользало, чтобы попасть в другую клетку через то, что Мията описывает как «прыжок через клетку»."
"Мы обнаружили неоднородную динамику.
Ионы иногда производили большие смещения. Иногда они делают небольшие прыжки », — говорит он.
Различная динамика, вероятно, была связана с неоднородностью ионной жидкости. Отслеживая движение ионов золота, исследователи могли затем количественно оценить фундаментальные атомные свойства жидкости, включая коэффициент диффузии и энергию активации.
"Локальная динамика атомного масштаба определяет макроскопические свойства. «Используя эту информацию, мы можем улучшить поведение жидкости, чтобы создавать наночастицы и катализировать химические реакции», — сказал Мизогучи.
Ожидается, что понимание поведения жидкости на атомарном уровне будет способствовать разработке батарей с меньшей летучестью и воспламеняемостью, а также лучшей проводимостью для более энергоэффективных устройств.