Fysiker vid University of Washington har gjort de mest exakta och kontrollerade mätningarna hittills av interaktionen mellan atomerna och molekylerna som består av luft och den typ av kolyta som används i batterielektroder och luftfilter – nyckelinformation för att förbättra dessa teknologier.

Ett team ledd av David Cobden, UW professor i fysik, använde ett kolnanorör – ett sömlöst, ihålig grafitstruktur en miljon gånger tunnare än ett sugrör — fungerar som en transistor för att studera vad som händer när gasatomer kommer i kontakt med nanorörets yta. Deras resultat publicerades i maj i tidskriften Naturfysik .

Cobden sa att han och medförfattare fann att när en atom eller molekyl fastnar på nanoröret överförs en liten del av laddningen av en elektron till dess yta, vilket resulterar i en mätbar förändring i elektriskt motstånd.

"Denna aspekt av atomer som interagerar med ytor har aldrig upptäckts entydigt tidigare, " sa Cobden. "När många atomer har fastnat i det lilla röret samtidigt, måtten avslöjar deras kollektiva danser, inklusive stora fluktuationer som uppstår vid uppvärmning analogt med kokning av vatten."

Litiumbatterier innebär att litiumatomer fastnar och överför laddningar till kolelektroder, och i aktivt kolfilter, molekyler fastnar på kolytan som ska avlägsnas, Cobden förklarade.

"Olika former av kol, inklusive nanorör, övervägs för vätgas eller annan bränslelagring eftersom de har en enorm inre yta för bränslemolekylerna att hålla sig till. Dock, dessa tekniska situationer är extremt komplexa och svåra att göra exakt, tydliga mått på."

Detta jobb, han sa, resulterade i de mest exakta och kontrollerade mätningarna av dessa interaktioner som någonsin gjorts, "och kommer att tillåta forskare att lära sig nya saker om samspelet mellan atomer och molekyler med en kolyta, "viktigt för att förbättra teknik inklusive batterier, elektroder och luftfilter.