Teknologi prototipe menyusut AI untuk menghadirkan fungsionalitas seperti otak dalam satu perangkat yang kuat - ScienceDaily
Top News

Temuan dapat menginformasikan desain teknologi lingkungan di balik proses pemurnian air dan penyimpanan energi listrik – ScienceDaily


Sebuah tim peneliti yang dipimpin oleh insinyur Universitas Northwestern dan peneliti Laboratorium Nasional Argonne telah menemukan temuan baru mengenai peran interaksi ionik dalam graphene dan air. Wawasan dapat menginformasikan desain elektroda hemat energi baru untuk baterai atau menyediakan bahan ionik tulang punggung untuk aplikasi komputasi neuromorfik.

Dikenal karena memiliki sifat luar biasa, mulai dari kekuatan mekanis hingga konduktivitas elektronik hingga transparansi pembasahan, graphene memainkan peran penting dalam banyak aplikasi lingkungan dan energi, seperti desalinasi air, penyimpanan energi elektrokimia, dan pemanenan energi. Interaksi elektrostatis yang dimediasi air mendorong proses kimia di balik teknologi ini, membuat kemampuan untuk mengukur interaksi antara graphene, ion, dan molekul bermuatan sangat penting untuk merancang iterasi yang lebih efisien dan efektif.

“Setiap kali Anda berinteraksi dengan ion dalam materi, medium sangat penting. Air memainkan peran penting dalam memediasi interaksi antara ion, molekul, dan antarmuka, yang mengarah pada berbagai proses alam dan teknologi,” kata Monica Olvera de La Cruz, Profesor Ilmu dan Teknik Material Pengacara Taylor, yang memimpin penelitian. “Namun, banyak yang tidak kami pahami tentang bagaimana interaksi yang dimediasi air dipengaruhi oleh nanoconfinement pada skala nano.”

Dengan menggunakan simulasi model komputer di Northwestern Engineering dan eksperimen reflektifitas sinar-X di Argonne, tim peneliti menyelidiki interaksi antara dua ion bermuatan berlawanan dalam posisi berbeda dalam air yang dibatasi antara dua permukaan graphene. Mereka menemukan bahwa kekuatan interaksi tidak setara ketika posisi ion-ion dipertukarkan. Putusnya simetri ini, yang oleh para peneliti disebut interaksi non-timbal balik, adalah fenomena yang sebelumnya tidak diprediksi oleh teori elektrostatis.

Para peneliti juga menemukan bahwa interaksi antara ion bermuatan berlawanan menjadi menjijikkan ketika satu ion dimasukkan ke dalam lapisan graphene, dan yang lainnya diserap di antarmuka.

“Dari pekerjaan kami, seseorang dapat menyimpulkan bahwa struktur air saja di dekat antarmuka tidak dapat menentukan interaksi elektrostatis yang efektif antara ion,” kata Felipe Jimenez-Angeles, rekan peneliti senior di Pusat Komputasi dan Teori Bahan Lunak Northwestern Engineering dan penulis utama di pembelajaran. “Non-timbal balik yang kami amati menyiratkan bahwa interaksi ion-ion pada antarmuka tidak mematuhi simetris isotropik dan translasi dari hukum Coulomb dan dapat hadir dalam model terpolarisasi dan non-terpolarisasi. Polarisasi air non-simetris ini memengaruhi pemahaman kita tentang mekanisme diferensiasi ion seperti selektivitas ion dan spesifisitas ion. “

“Hasil ini mengungkapkan lapisan lain dari kompleksitas bagaimana ion berinteraksi dengan antarmuka,” kata Paul Fenter, ilmuwan senior dan pemimpin kelompok di Divisi Ilmu dan Teknik Kimia di Argonne, yang memimpin pengukuran sinar-X penelitian menggunakan Sumber Foton Lanjutan Argonne. . “Secara signifikan, wawasan ini berasal dari simulasi yang divalidasi terhadap pengamatan eksperimental untuk sistem yang sama.”

Hasil ini dapat mempengaruhi desain membran masa depan untuk adsorpsi ion selektif yang digunakan dalam teknologi lingkungan, seperti proses pemurnian air, baterai dan kapasitor untuk penyimpanan energi listrik, dan karakterisasi biomolekul, seperti protein dan DNA.

Memahami interaksi ion juga dapat memengaruhi kemajuan dalam komputasi neuromorfik – di mana komputer berfungsi seperti otak manusia untuk melakukan tugas-tugas kompleks dengan jauh lebih efisien daripada komputer saat ini. Ion litium dapat mencapai plastisitas, misalnya, dengan dimasukkan atau dikeluarkan dari lapisan graphene di perangkat neuromorfik.

“Graphene adalah bahan ideal untuk perangkat yang mengirimkan sinyal melalui transpor ionik dalam elektrolit untuk aplikasi neuromorfik,” kata Olvera de la Cruz. “Studi kami menunjukkan bahwa interaksi antara ion interkalasi dalam graphene dan ion yang teradsorpsi secara fisik dalam elektrolit menjijikkan, mempengaruhi mekanisme perangkat tersebut.”

Studi ini memberi para peneliti pemahaman mendasar tentang interaksi elektrostatik dalam media air dekat antarmuka yang melampaui hubungan air dengan graphene, yang sangat penting untuk mempelajari proses lain dalam fisika dan sains.

“Graphene adalah permukaan biasa, tetapi temuan ini dapat membantu menjelaskan interaksi elektrostatis dalam molekul yang lebih kompleks, seperti protein,” kata Jimenez-Angeles. “Kami tahu bahwa apa yang ada di dalam protein dan muatan elektrostatis di luarnya penting. Pekerjaan ini memberi kami kesempatan baru untuk mengeksplorasi dan melihat interaksi penting ini.”

Dipersembahkan Oleh : Lapak Judi

Baca Juga : Slot Online