고체-액체 계면에서 이온의 거동은 신경 자극의 전도에서 태양 전지의 전하 이동에 이르기까지 수많은 현상을 뒷받침합니다. 대부분의 경우 이온은 고립된 독립체로 작동하지 않고 인접 이온 및 주변 용액과 함께 작동합니다. 수용액에서 최근 연구는 물 매개 클러스터를 통한 그룹 역학의 존재를 제안하지만 원자 정밀도로 이온 도메인을 직접 추적할 수 있는 결과는 거의 없습니다. *
AFM(Atomic Force Microscopy)은 다양한 고체-액체 계면에서 흡착된 단일 이온을 이미지화할 수 있습니다. 이 기술의 주요 이점 중 하나는 개별 이온을 제자리에서 프로브할 수 있지만 측정 지점에서 수십 나노미터에 걸쳐 인터페이스에 대한 로컬 컨텍스트 정보를 제공하는 기능입니다.*
고속 원자간력현미경(HS-AFM)은 표준 원자현미경과 유사하게 작동하지만 시간 분해능이 향상되었으며 비디오 속도로 이미지를 캡처할 수 있어 실시간으로 많은 분자 과정을 추적할 수 있습니다.*
기사에서 "전단 흐름 하에서 이온성 나노 도메인의 실시간 추적Clodomiro Cafolla와 Kislon Voïtchovsky는 고속 원자력 현미경을 사용하여 수용액에서 운모 표면에 흡착된 2~20개의 이온을 포함하는 Rb+, K+, Na+ 및 Ca120+ 나노 도메인의 진화를 추적합니다. 인터페이스는 단일 이온 및 클러스터의 측면 운동에 영향을 줄 수 있는 전단 흐름에 노출됩니다. *
그들은 ~ 2s 시간 분해능으로 단일 이온 공간 분해능의 달성을 보고합니다.*
측정하는 동안 AFM 캔틸레버와 샘플을 관심 있는 이온 수용액에 완전히 담궜습니다. 사용된 AFM 프로브는 NanoWorld 화살표-UHF 초고주파 AFM 캔틸레버. *
이 기사에 제시된 결과는 생의학 장치 제조에서 수성 이온의 성능 향상에 이르기까지 잠재적인 기술 응용과 함께 마이크로 규모의 전단 흐름이 있는 고체-액체 계면에서 단일 이온 특성과 그룹 역학 사이의 관계에 대한 몇 가지 정량적 통찰력을 제공합니다. -배터리.*
전단 흐름이 있는 경우 운모-물 계면에서 흡착된 Rb+ 이온에 대한 시간 진화의 예. (a) 시간 경과 시퀀스는 운모와 5mM RbCl 수용액 사이의 계면에서 Rb+ 이온의 연속적인 고해상도 HS-AFM 지형 이미지를 보여줍니다. Rb+ 이온은 운모 표면(자주색-검정색)보다 높게 서 있는 밝은 주황색-노란색 돌출부로 나타납니다. 주기적인 열과 더 큰 영역은 단일 흡착된 루비듐 이온뿐만 아니라 명확하게 볼 수 있습니다. (b) (a)의 각 이미지에서 필터링된 전력 스펙트럼의 역 푸리에 변환에 의해 파생된 이상화된 기본 격자와 주황색 마커로 Rb+ 이온을 강조하는 대표적인 이미지 분석(절차에 대한 자세한 내용은 ESI 섹션 3 참조) . (c) 알고리즘은 자동으로 이웃 이온(거리 < 0.52 nm 이내)을 동일한 클러스터에 연결합니다. 5 이온보다 작은 도메인은 여기에서 폐기됩니다. 각 이미지에서 파생된 다른 클러스터는 시간이 지남에 따라 각 클러스터에 대해 동일한 색상을 유지하면서 다른 색상을 사용하여 강조 표시됩니다. 청록색 클러스터는 시간적 진화의 좋은 예를 제공합니다. (a-c)의 눈금 막대는 3nm를 나타내고 (a)의 z-scale은 0.8nm에 해당합니다.
*클로도미로 카폴라와 키슬론 보이초프스키
전단 흐름 하에서 이온성 나노 도메인의 실시간 추적
Nature Scientific Reports 11권, 문서 번호: 19540(2021)
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-021-98137-y
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