“İyon otoyolu” daha hızlı şarjın önünü açabilir

Araştırmacılar, iyonların (elektrik yüklü atomlar) on kat daha hızlı hareket etmesinin yolunu keşfettiler. “İyon otoyolu” adı verilen bu yöntem, daha önce hiç olmadığı kadar hızlı şarj olabilen pillerden biyosensörlere ve yumuşak robotlara kadar birçok yeni teknolojik gelişmenin önünü açabilir.

Araştırma ekibi, iletken malzeme içindeki belirli nanokanallar boyunca iyonları yoğunlaştırabilen belirli molekülleri kullanarak moleküler ölçekte planlama yapması sayesinde bu iyon yollarını oluşturabilirdi.

Washington Eyalet Üniversitesi’nden kıdemli yazar Brian Collins tarafından paylaşılan bir bildiride, “Hayatın her zaman kullandığı bu sinyalleri daha önce hiç yapamadığımız bir şekilde kontrol edebilmemiz oldukça güçlü bir gelişme” denildi. Bildirimin devamında ise “Bu hızlanmanın enerji depolaması için de faydaları olabilir ve bu büyük bir etki yaratabilir” deniliyor.

İyonlar, bazı elektronlarını kaybetmiş veya elektron kazanmış atomlardır ve bu sebepten dolayı yüklü atomlar olarak tanımlanırlar. Atomlardaki negatif yüklü temel parçacıklar olan elektronların hareket etmesi, elektrik yükünün bir atomdan diğerine aktarılmasını sağlar. Elektronların ve iyonların hareketi şimdiye dek tam olarak çözülememişti ve bu çalışma, bu anlayışı ileri taşımayı amaçlıyordu.

Collins, “İletkende akan iyonların, elektronların akması için bir fare yuvası gibi boru hatları gibi bir matristen geçmeleri gerektiğini bulduk. Bu, iyonları yavaşlatıyordu” diyor.

Araştırmacılar, iyonların sorunsuz bir şekilde akmasına izin vermek için nanometre boyutunda bir kanal oluşturdular, ancak önce iyonları bu kanala sokmaları gerekiyordu. Bu amaçla doğadan bir ipucu olarak, hücrelerin iyonları duvarlarından içeri alma şeklini kopyaladılar.

Ekip, kanalı ya suyu seven ya da suyu iten moleküllerle, yani hidrofilik veya hidrofobik moleküllerle kapladı. İyonlar, hidrofilik moleküllerin oluşturdukları kanallardan geçerken, herhangi bir malzemedeki iyonlar için kaydedilen en yüksek hızda geçiyordu. Ancak hidrofobik moleküller kullanıldığında iyonların kanala girmedikleri görüldü. Ekip, bir kimyasal reaksiyonun molekülleri hidrofilikten hidrofobiğe geçirerek akışı düzenleyebileceğini buldu.

Aynı yöntem ters yönde de kullanılabiliyor. Ekip, kanal açıklığının yakınında kimyasal bir reaksiyon tespit eden bir sensör oluşturdu. Reaksiyon, iyon akışını kestiği için bir bilgisayarın ölçtüğü akımı durduruyordu. Bu, kirliliği algılamak veya insan sinir sistemini incelemek gibi birçok alanda kullanılabilecek bir yöntem olabilir.

Collins, artık hedeflerinin bu iyon hareketini kontrol edebilecekleri tüm temel mekanizmaları öğrenmek ve bunu farklı teknoloji alanlarına taşımak olduğunu söylüyor.

Çalışma Advanced Materials dergisinde yayımlandı.