היכולת לצפות באופן ישיר בתהליכים כימיים המתרחשים בתוך חומרים חדשים ויוצאי דופן, היא חלומו של כל מדען. חלום זה הפך למציאות בזכותן של שיטות מיקרוסקופיות חדשות: חוקרים הצליחו, לראשונה אי-פעם, לקבל תמונות ווידאו המראות את התחברותן של מולקולות הנמצאות בתוך נוזל יוני לאלקטרודה הטבולה בתוכו.
[תרגום מאת ד”ר נחמני משה]
היכולת לצפות באופן ישיר בתהליכים כימיים המתרחשים בתוך חומרים חדשים ויוצאי דופן, היא חלומו של כל מדען. חלום זה הפך למציאות בזכותן של שיטות מיקרוסקופיות חדשות: חוקרים הצליחו, לראשונה אי-פעם, לקבל תמונות ווידאו המראות את התחברותן של מולקולות הנמצאות בתוך נוזל יוני לאלקטרודה הטבולה בתוכו.
התמונות שהתקבלו מתוך העולם הננומטרי מספקות מידע מפורט אודות האופן שבו רכיבים כימיים מתארגנים מחדש בתגובה לזרם חשמלי המופעל בסביבתם. ממצאים חדשים המתבססים על המידע החדש יוכלו להוביל לפיתוחן של סוללות משופרות וכן לפיתוחן של טכנולוגיות ציפוי יעילות יותר אנרגטית או טכנולוגיות בתחום ההנדסה הסולארית.
יונים נוזליים (ויקיפדיה) הינם נתכים של מלחים אורגניים היכולים להיות במצב צבירה נוזלי בטמפרטורת החדר, למרות שהם אינם מכילים בתוכם מים. זוהי בדיוק הסגולה הזו ההופכת אותם לחומרים כל כך מעניינים עבור אינספור ניסויים ותהליכים תעשייתיים. זאת, נוכח העבודה כי מים מתפרקים אלקטרוליטית במגעם עם אלקטרודות, אפילו במתח נמוך, תופעה המעכבת ואף מונעת תגובות אלקטרוכימיות אחרות, שחלקן חשובות מאוד. בנוסף, מולקולות המים עוטפות את היונים ופוגעות ביכולתם להגיב כראוי. בנוזלים יוניים, המורכבים מיונים בלבד, מתאפשרות תגובות חדשות לחלוטין.
נוזלים יוניים מהווים בשנים האחרונות שדה מחקר פופולארי המצמיח קשת שלמה של תרכובות חדשות. היישומים הטכנולוגיים שלהם רבים מספור: בתור אלקטרוליטים בתוך סוללות, תאי דלק או תאים סולאריים מבוססי חומרי-צבע ובתור נוזל גלווני המשמש ביישומי ציפויים, למשל של אלומיניום או של חומרים מוליכים-למחצה. העובדה כי הם פעילים בטמפרטורת החדר הופכת אותם לקלים יותר לטיפול ולכאלה המובילים לחיסכון באנרגיה ובעלויות.
למרות כל היתרונות והסגולות הללו, כיום כמעט ואין כלל נתונים זמינים בנוגע לאופן שבו התגובות האלקטרוכימיות מתרחשות בנוזלים יוניים ברמה המולקולארית או כיצד המולקולות מארגנות את עצמן על גבי האלקטרודה. למרות שנתונים כאלו עבור נוזלים מימיים מתקבלים מזה עשורים בזכות שיטות מיקרוסקופיות מודרניות, הרי שמחקרים דומים בנוזלים יוניים היו ברובם כושלים: “המולקולות, בדרך כלל, פשוט נעות מהר מדי עבור המכשירים הקיימים,” אומר פרופסור Olaf Magnussen מאוניברסיטת קיל בגרמניה. בזכות בנייה עצמית של מיקרוסקופ מנהור סורק, צוות המחקר שלו הצליח לעקוב אחר המולקולות הללו, ואף לצלם אותן.
החוקרים הצליחו לחשוף כיצד המולקולות שבנוזל, שגודלן פחות מננומטר אחד, מגיבות בעקבות העברת זרם חשמלי באלקטרודת זהב. אם פני השטח אינם טעונים, המולקולות מפגינות התנהגות הטיפוסית לנוזלים: הן נטולות סדר ובעלות ניידות גבוהה. ככל שהזרם מתגבר, המולקולות “נשכבות” על גבי פני-השטח של האלקטרודה ויוצרות שורות, ובשלב הסופי הן מתארגנות מחדש וניצבות. בזמן זה הן גם הופכות לאיטיות יותר ויותר. “התמונות שקיבלנו הן ייחודיות ומסייעות לנו לפתח תיאוריות המסבירות טוב יותר את התהליכים של הנוזלים היוניים המתרחשים בקרבת האלקטרודה,” מסביר אחד מהחוקרים. “מידע כזה הוא חשוב לא רק עבור מחקר בסיסי, אלא גם עבור יישומים מעשיים.” הממצאים של המחקר עשויים להוביל להבנה טובה יותר של נוזלים יוניים ולאפשר להם להיות מותאמים עבור תהליכי ייצור ידידותיים יותר לסביבה.
סרטון המחקר
סרטון: תמונות ווידאו ממיקרוסקופ של אלקטרודת זהב טעונה שלילית בתוך נוזל יוני.
