Intressanta saker händer vid gränssnitt, och när fasta ämnen möter vätskor är det inget undantag. Att förstå de komplexa fenomen som sker vid detta "fast-vätske" -gränssnitt kan ge oss viktiga ledtrådar om hur man bygger bättre medicintekniska produkter och batterier som håller längre. men hittills har det varit svårt att få grepp om hur kemiska joner i lösningen beter sig vid denna avgörande tidpunkt. Tills nu, det är.

Ett team som leds av UCD -forskare har utvecklat ett nytt verktyg för att bygga upp en tydligare bild av vad som händer i detta gränssnitt, och avgörande, kan göra detta på nanoskala. Proceduren, som publiceras i Naturkommunikation , står för att möjliggöra forskning inom biologisk och materialvetenskap.

"Det fasta-vätskegränssnittet är platsen för många viktiga fysiska, biologiska och kemiska processer, " förklarar forskaren Liam Collins, som avslutar en Ph.D. i Nanoscale Function Group. "Om du vill förstå biosystem, sjukdomar och nya biomaterial, eller processer i energisystem som batterier, du måste förstå vad som händer vid gränssnittet fast-vätska."

Vad som händer på atomnivå vid detta gränssnitt kan ha en inverkan på en mer synlig eller makroskopisk nivå - hur kroppen fungerar, eller hur snabbt ett batteri tar slut, till exempel - så att tekniker som kan fungera på atomlängdsskalor kan förbättra vår grundläggande förståelse för material och enheter, konstaterar Collins, som arbetar med Dr Brian Rodriguez vid UCD Conway Institute of Biomolecular and Biomedical Research.

Befintliga tekniker, såsom atomkraftsmikroskopet, gör det redan möjligt för forskare att få en bra "vy" av fysiska strukturer vid gränssnittet mellan fast och vätska, men inte hur joner beter sig vid det här gränssnittet, han förklarar:"Så vi bestämde oss för att förena strukturell information med elektrokemisk funktion."

För att få denna multimodala vy, Collins arbetade med kollegor i UCD, Oak Ridge National Laboratory i USA och Taras Shevchenko Kiev National University i Ukraina för att utveckla en teknik som kallas elektrokemisk kraftmikroskopi (EcFM).

Fördelen med den nya tekniken är att den gör det möjligt för forskare att få en tydligare bild av vad som händer vid detta viktiga fast-vätskegränssnitt på plats snarare än att göra mätningar i luft och extrapolera till vätskor, förklarar Collins.

Forskarna vänder nu uppmärksamheten mot nya material, en är en form av ultratunt kol som kallas grafen, som har tillämpningar inom energilagring. "Förmodligen kommer den omedelbara förbättringen som kommer ut av denna EcFM-teknik att vara en bättre förståelse av energisystem som dubbellagerkondensatorer och litiumjonbatterier, " säger Collins. "Om vi ​​kan förstå processerna på nanoskala här, det kommer i sin tur att tillåta oss att förbättra effektiviteten och livslängden för enheter."

Han har också ett öga på ett brett spektrum av applikationer på längre sikt som kan komma från bättre förståelse av sambandet mellan struktur och funktion i biologiska system. "Det kan hjälpa oss att utveckla in vivo-batterier som utnyttjar biobränslen, eller för att förstå sjukdomar, som Alzheimers sjukdom, på en grundläggande nivå."