Hur en vätska interagerar med ytan på ett fast ämne är viktigt i batterier och bränsleceller, kemisk produktion, korrosionsfenomen, och många biologiska processer.

För att bättre förstå detta fast-flytande gränssnitt, forskare vid Berkeley Lab utvecklade en plattform för att utforska dessa interaktioner under verkliga förhållanden ("in situ") i nanoskala med hjälp av en teknik som kombinerar infrarött ljus med en atomkraftsmikroskopisk sond (AFM). Resultaten publicerades i tidningen Nanobokstäver .

Teamet undersökte samspelet mellan grafen och flera vätskor, inklusive vatten och en vanlig batterielektrolytvätska. Grafen är en atomtunn form av kol. Dess enkelskikts atomstruktur ger materialet några unika egenskaper, inklusive otrolig mekanisk styrka och hög elektrisk ledningsförmåga.

Forskare använde en stråle av infrarött ljus som producerades vid Berkeley Labs avancerade ljuskälla och de fokuserade det på spetsen av en AFM -sond som skannade över en sektion av grafen i kontakt med vätskorna. Den infraröda tekniken ger ett icke-destruktivt sätt att utforska den aktiva nanoskala kemin i gränssnittet för fast vätska.

Genom att mäta det infraröda ljuset som sprids från sondens spets, forskare samlade detaljer om de kemiska föreningarna och koncentrationen av laddade partiklar längs fast-vätskegränssnittet. Samma teknik, som avslöjade dolda funktioner i detta gränssnitt som inte sågs med konventionella metoder, kan användas för att utforska en rad olika material och vätskor.

Forskare från Labs materialvetenskapsavdelning, Molecular Foundry, och Division Energy Storage and Distributed Resources deltog i studien. Molecular Foundry och Advanced Light Source är DOE Office of Science användarfaciliteter.