p A pesquisa da ANSTO contribuiu para a compreensão do mecanismo de transporte de íons no grafeno, um material altamente eletricamente condutor que foi investigado para uso em eletrônica flexível e formas inovadoras de armazenamento e conversão de energia. p O espalhamento de nêutrons de pequeno ângulo (SANS) usando o instrumento Quokka trouxe uma visão sobre como os íons são transportados no nível nano em membranas empilhadas de grafeno, materiais que têm muitas propriedades exclusivas. A pesquisa teve como objetivo desenvolver o grafeno em um material mais versátil.

p Chris Garvey, cientista de instrumentos, que realizou as medições SANS em Quokka, e co-autores da Monash University publicaram suas descobertas em Avanços da Ciência .

p Usando o poder complementar do experimento de espalhamento de nêutrons e simulação de computador, eles encontraram uma relação quantitativa robusta entre as propriedades de permeação macroscópica das membranas à base de grafeno e sua estrutura complexa de nanoslite.

p Eles relataram que tanto a difusão de íons quanto os efeitos eletrocinéticos são diferentes quando as escalas de comprimento entre as folhas são menores que 10 nanômetros.

p Co-autor e pioneiro do grafeno Prof Dan Li, também da Monash University, afirmou anteriormente que o desafio de fazer coisas úteis a partir do grafeno tem sido superar sua estrutura compacta, apenas um átomo de espessura, para outras moléculas, como íons, para interagir com ele.

p Como as folhas de grafeno tendem a se empilhar novamente em grafite quando colocadas juntas, O Prof Li desenvolveu um filme de gel de grafeno como uma plataforma estável. O grafeno pode ser usado como um eletrodo quando eletrólitos líquidos são adicionados.

p Os pesquisadores montaram uma estrutura de membrana de grafeno em camadas em massa com nanocanais em um processo desenvolvido pelo autor principal, Dr. Chi Cheng, no Monash Center for Atomically Thin Materials para o estudo. O material da membrana abriga uma série de fendas em cascata. Os íons devem se mover através das minúsculas fendas na membrana.

p Imperfeições estruturais, a altura dos nanoslits (tamanho do canal), o tamanho lateral de nanofolhas individuais e a lacuna entre as extremidades das folhas, afetam o transporte de íons.

p Para as investigações, os pesquisadores modificaram o tamanho do canal de 10 nanômetros para menos de um nanômetro.

p A análise usando medições SANS confirmou que o nanoespaço entre as folhas não colapsou totalmente quando compactado e os nanosfendas em cascata permaneceram amplamente contínuos.

p "Estávamos tentando entender os buracos dentro das nanofolhas, onde o fluido iônico flui ", disse Garvey.

p "Há uma carga se movendo através da membrana que gera alguma forma de campo elétrico e que afeta como as coisas são transportadas por ela, "disse Garvey.

p "Os dados adquiridos da Quokka são aparentemente simples, "explicou Garvey." Para obter uma imagem detalhada do material envolve estreitar as possibilidades estruturais, o que é bastante desafiador. "

p Embora a medição usando nêutrons frios em Quokka levasse apenas um dia e meio, a análise estendeu-se por dois anos.

p A análise dos dados da Quokka pode ser usada para investigar escalas de comprimento de 1/10 de um angstrom até algumas centenas de nanômetros.

p "Podemos 'olhar' simultaneamente para muitos objetos que se estendem por uma grande variedade de tamanhos, esse é o poder de espalhamento em pequenos ângulos, "disse Garvey." Em contraste com as imagens do espaço real, como microscopia, é capaz de ver poucos objetos no campo de visão. "

p O espaçamento entre camadas foi considerado o índice estrutural dominante que mudou com a compressão das nanofolhas e afetou a difusão iônica e os efeitos eletrocinéticos.

p Em escalas de comprimento inferiores a 10 nanômetros, o gradiente de concentração e o campo elétrico foram determinados pelo tamanho do canal.

p Em escalas de comprimento abaixo de dois nanômetros, os autores suspeitaram que circuitos nanofluídicos em cascata complexos podem levar aos novos fenômenos de transporte de íons nano-confinados.

p As descobertas não foram observadas em nanocanais unidimensionais tradicionais.

p A equipe da Monash University descobriu que, ao manipular as interações fracas entre as camadas vizinhas de grafeno, o espaçamento entre camadas pode ser ajustado.

p Eles conceberam uma série de cenários de transporte de íons através do sistema nanoslit em cascata e como ele foi afetado pela geometria estrutural, que concordou com os dados do experimento.

p Simulações feitas pelos autores sugeriam que o material poderia ser sintonizado ajustando-se o tamanho dos espaçamentos nos nanocanais.

p "Embora se soubesse que o comportamento do transporte de íons confinado em nanocanais poderia ser diferente daquele em massa, isso não havia sido explorado no contexto de um poro eletricamente condutor. Esses materiais baseados em grafeno abrem possibilidades interessantes na ciência dos materiais ", disse Garvey.