Las cargas y su transporte son parte integral de la función de los dispositivos electrónicos, baterías y sistemas biológicos. Las cargas que se acumulan en la interfaz entre un electrodo sólido y una solución electrolítica que contiene iones que transportan cargas pueden afectar la interacción electrodo-electrolito, así como procesos como la corrosión y la adhesión molecular. Como consecuencia, Es importante obtener una imagen clara de las cargas acumuladas en tales interfaces para mejorar nuestra comprensión de los fenómenos interfaciales en una variedad de sistemas. Sin embargo, obtener imágenes de la distribución espacial tridimensional (3-D) de las cargas acumuladas en las interfaces ha sido difícil porque es un desafío medir la distribución de carga lateral en una interfaz sólido-líquido.

Un equipo de la Universidad de Kanazawa ha desarrollado un enfoque de microscopía llamado microscopía de potencial eléctrico de circuito abierto 3-D (OL-EPM) para visualizar la distribución de carga en el espacio real en la interfaz entre un electrodo y un electrolito. Los investigadores desarrollaron OL-EPM 3-D optimizando primero su técnica OL-EPM bidimensional existente.

"El OL-EPM convencional está limitado por la influencia de la interacción de largo alcance entre la muestra y la punta del microscopio y el voladizo, ", dice el primer autor Kaito Hirata." Minimizamos esta influencia mejorando las ecuaciones utilizadas para calcular el potencial en OL-EPM ".

Estas ecuaciones mejoradas permitieron restar la fuerza de largo alcance que actúa sobre la punta del microscopio y el voladizo de los datos medidos. Como resultado, las fuerzas de corto alcance originadas por cargas acumuladas en la doble capa eléctrica se observaron como cambios del potencial de superficie local. La capacidad de las ecuaciones mejoradas para calcular las distribuciones de carga interfacial se determinó utilizando dos electrodos con diferente comportamiento de acumulación de carga. Las características de acumulación de carga opuestas en los dos electrodos se capturaron con éxito utilizando las ecuaciones OL-EPM mejoradas.

El enfoque OL-EPM mejorado se combinó luego con una técnica de escaneo de punta 3-D para proporcionar OL-EPM 3-D. El equipo utilizó 3-D OL-EPM para visualizar la acumulación de carga en la interfaz entre un electrodo de alambre de cobre y un electrolito de sal. Los resultados obtenidos proporcionaron información valiosa sobre la distribución de carga en la interfaz electrodo-electrolito.

"Podemos utilizar 3-D OL-EPM para investigar las reacciones electroquímicas y las condiciones de la solución local en las interfaces electrodo-electrolito, "explica el autor correspondiente Takeshi Fukuma." La información obtenida de tales experimentos es importante para campos como la electroquímica, electrónica, y biología ".

La capacidad de obtener datos en el espacio real sobre la distribución de carga a nanoescala en interfaces electroactivas promete aumentar nuestra comprensión de los fenómenos interfaciales y ayudar al progreso en la investigación de la electrónica y las baterías.