Rozpraszanie neutronów daje informacje o adsorpcji jonów

Schemat adsopcji jonów/ Autor: Gleb Yushin

Adsorpcja jonów w mikroporowatych materiałach pozwala regulować takie procesy, jak np. odsalanie wody lub magazynowanie energii. Jednak problemem w zwiększaniu wydajności tego typu procesów jest określenie, jakie czynniki – wielkość porów czy też powierzchnia materiału – mają wpływ na stężenie jonów w zależności od potencjału elektrycznego.

Dla znalezienia potrzebnych informacji, naukowcy z Instytutu Technologii w Georgii oraz z Laboratorium Oak Ridge zaprezentowali technikę małokątowego rozpraszania neutronów (SANS). Zaletą techniki SANS jest możliwość jej wykorzystywania w badaniach rzeczywistych układów w różnych kombinacjach elektrolitów. Zespół badawczy wykonał badania z użyciem reaktora izotopowego, który produkuje wysokoenergetyczne wiązki neutronowe, które skierowano na próbki tkanin węglowych o różnej wielkości porów. Poprzez pomiar sposobu rozproszenia wiązki określano, jak wielkość porów, potencjał elektryczny czy właściwości rozpuszczalne elektrolitu wpływają na stężenie jonów w próbce materiału węglowego. Ponadto technika rozpraszania neutronów pozwala stwierdzić, w którym miejscu koncentracja jonów na powierzchni materiału jest największa. Proces adsorpcji jonów w materiałach mikroporowatych jest istotny nie tylko dla ulepszania technologii odsalania wody czy też magazynowania energii, ale także dla badania dróg transportu jonów w układach biologicznych, co może być przydatne w tworzeniu sztucznych narządów ludzkich.

Wcześniej przeprowadzane badania nie dawały jednoznacznych wyników. Rozpraszanie neutronów może jednak wyjaśnić te niejednoznaczności. Poza tym technika SANS daje możliwości dalszych badań właściwości materiałów mikroporowatych. Zdobyta wiedza na temat tego typu materiałów ma szczególne znaczenie w ulepszaniu superkondensatorów oraz baterii hybrydowych stosowanych m.in. w nowoczesnych pojazdach.

(pj)