Hasta ahora, El fenómeno del transporte iónico a nanoescala sigue siendo un misterio para los investigadores. La última investigación del Centro Monash de Materiales Atómicamente Delgados (MCATM) en la Universidad de Monash ha revelado ahora un nuevo, método económico y confiable para estudiar la forma en que los iones se mueven a través de pequeños, Canales nanométricos. Esta investigación podría ser la clave para aplicaciones como el almacenamiento de energía de alta potencia, desalación eficiente, y bioelectrónica como la modulación de la señalización neural.

Previamente, El estudio del transporte iónico nanoconfinado solo fue posible mediante el corte de nanocanales en un proceso conocido como fotolitografía. Este método era costoso, tuvo bajas tasas de éxito, y límites de resolución. Sin embargo, utilizando un proceso similar al de la fabricación de papel, Los investigadores de MCATM han desarrollado una técnica basada en grafeno para hacer nanocanales, que es simple, económico y fácilmente escalable.

Según el primer autor de la investigación, Dr. Chi Cheng, un investigador postdoctoral de MCATM, "El trabajo demuestra una forma poco convencional de utilizar el grafeno para fabricar dispositivos nanofluídicos, una herramienta de investigación novedosa que se puede ajustar en rangos de escala de longitud que no se pueden lograr con ningún otro material. Con este, somos capaces de desvelar lo fundamental, pero comportamientos inusuales de transporte de iones en función del tamaño del canal en todas las escalas de longitud por debajo de los 10 nm ".

Simplemente apilando varias capas de hojas de grafeno, El Dr. Cheng y sus colegas han creado un material de membrana macroscópica, que alberga una serie de nanopartículas en cascada. Las diminutas aberturas de la membrana son como un laberinto, por el que deben viajar los iones, permitiendo así a los investigadores comenzar a comprender el movimiento de iones bajo un nivel de restricción por debajo de 10 nanómetros.

Mediante la manipulación de las interacciones débiles entre las capas de grafeno vecinas, el espaciado entre capas se puede ajustar fácilmente. Contraintuitivamente, Se ha visto que los iones se mueven a velocidades mucho más altas a medida que disminuye el espaciamiento, acelerando a través de los tortuosos caminos entre las capas de grafeno bajo potencial eléctrico.

Las simulaciones por computadora proporcionaron una herramienta indispensable en el estudio del Dr. Cheng, complementando sus experimentos, que sondeó las propiedades de transporte iónico en las membranas de grafeno.

Profesor Titular Dr. Jefferson Zhe Liu, uno de los supervisores de esta investigación con experiencia en simulaciones continuas y atomísticas, dijo que el estudio revela una relación de escala anómala para el transporte de iones en el sistema único de nano-iluminación en cascada encerrado en membranas de grafeno.

"Una combinación de membranas de grafeno sintonizables en experimentos y simulaciones por computadora nos permite obtener un modelo de microestructura estadísticamente representativo de las nanoscierre en cascada únicas en las membranas de grafeno, que no fue alcanzable en estudios previos, "Dijo el Dr. Liu.

Líder de investigación y Director de MCATM, Profesor Dan Li, estaba entusiasmado con el impacto potencial de este desarrollo.

"Transporte de iones nanoconfinado, o nanoiónica, es crucial para las nuevas tecnologías relacionadas con la energía, agua, y biomedicina. Ha sido un desafío estudiar cuantitativamente la nanoiónica debido a la falta de materiales nanoiónicos con el tamaño de la característica sintonizable en la escala nanométrica crítica. La facilidad de producción escalable y la excelente capacidad de sintonización estructural hacen que nuestras membranas de grafeno sean prometedoras como una plataforma experimental excepcional para explorar nuevos y emocionantes fenómenos nanoiónicos. También hace que sea muy fácil transferir los descubrimientos fundamentales a las innovaciones tecnológicas, Habilitación de alta tecnología de nueva generación en almacenamiento y conversión de energía. separación de membranas y dispositivos biomédicos. Esta es un área muy emocionante que planeamos seguir en los próximos años, "Dijo el profesor Li.

La investigación se publica en Avances de la ciencia .