مدل سازی نگاهی نو درباره ی رسانایی الکتریکی مایعات یونی آورد

بازدیدها: ۵۵

یک سری تحقیقات مشترک نگاهی جدید درباره ی اینکه چطور مایعات یونی در دمای اتاق الکتریسیته را انتقال میدهند به دست داد که ممکن است تاثیر بسزایی در آینده ی ذخیره ی انرژی داشته باشد.

این تحقیق بر مکانیزم فیزیکی رسانایی الکتریکی RTILها تمرکز دارد. یون های آلی مثبت و منفی باردار کمک میکنند تا رساناهای خوبی باشند اما این رسانش متناقض به نظر میرسد. هدایت بالای آنها از چگالی بالای یونهای باردار درون مایع بوجود می آید، اما این چگالی باید به این معنا هم باشد که یون های مثبت و منفی به اندازه کافی نزدیک هستند که یکدیگر را خنثی کنند و ذرات جدید خنثی را که نمیتوانند یک رسانش الکتریکی را پشتیبانی کنند بوجود می آورند. این مدل سازی در تلاش است تا چگونگی حفظ رسانش در RTILها را علارغم وجود این فاکتورهای متناقض بفهمد.

این تحقیق گروه بین المللی از محققان را درگیر کرده است از جمله پروفسور Nikolai Brilliantov از دانشگاه Leicester و پروفسور Alexei Kornyshev از کالج ایمپریال لندن و پروفسور Guang Feng از دانشگاه علم و صنعت Huazhong.

محققان از روش های عددی خاص و شیوه های نظری برای ردیابی دینامیک ذرات در RTILها استفاده کردند. آنها کشف کردند که بیشتر اوقات یون های مثبت و منفی به شکل جفت های خنثی یا خوشه ها کنار هم قرار میگیرند و یک ماده ی خنثی را تشکیل میدهند که نمیتواند رسانای الکتریسیته باشد. با این حال، گاهی یون های مثبت و منفی بشکل جفت هایی بعنوان ذرات باردار در قسمت های مختلف مایع ظاهر میشوند و مایع را رسانا میکنند.

این یون ها توسط نوسانات حرارتی ظاهر میشوند. به طور ناگهانی و تصادفی، این یون ها سهمی از انرژی را از سیال اطراف میگیرند که به آنها کمک میکند تا خودشان را از حالت جفتی خنثی آزاد کنند و تبدیل به ذرات باردار آزاد شوند. این حالت موقتی بوده و پس از مدتی، زمانیکه به یون دیگری با بار مخالف میپیوندند، به حالت خنثی جفتی شان برمیگردند. زمانیکه که این اتفاق می افتد، یک جفت یونی دیگر در جای دیگر مایع تبدیل به ذرات باردار آزاد میشود؛ بنابراین رسانش مایع و جریان الکتریکی آن به شکل یک مسابقه دائمی بین بارها حفظ میشود. این مشابه رفتار مشاهده شده برای نیمه رساناهای بلوری میباشد که حامل های بار مثبت ومنفی بر اثر نواسانات حرارتی به شکل جفت ظاهر میشوند. از این رو انتظار میرود که تنوع غنی از پدیده های فیزیکی مشاهده شده در نیمه رساناها ممکن است در RTILها نیز در آینده نمایان شود.

همانطور که این پدیده ها در نیمه رساناها دارای کاربردهای زیادی هستند، این تحقیق نشان داد که ممکن است پتانسایل زیادی برای استفاده از RTILها در روش های نوآورانه و جدید باشد، از سوپرباتری ها گرفته تا سلول های سوختی، باتری ها و دستگاه های قدرتی.

پروفسور Brilliantov، مدیرگروه ریاضی کاربردی و رئیس دانشگاه که این تحقیقات را رهبری میکرد، میگوید: به نظر میرسر که درک مکانیزم رسانش RTILها افق های جدیدی را در طراحی مایعات یونی با خواص الکتریکی مورد نظر باز میکند.