“İyon otoyolu” daha süratli şarjın önünü açabilir

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

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

Washington Eyalet Üniversitesi’nden kıdemli muharrir Brian Collins tarafından paylaşılan bir bildiride, “Hayatın çoğu zaman kullandığı bu sinyalleri daha önce hiç yapamadığımız bir şekilde denetim edebilmemiz epey güçlü bir gelişme” denildi. Bildirimin devamında ise “Bu hızlanmanın enerji depolaması için de yararları olabilir ve bu büyük bir tesir yaratabilir” deniliyor.

İyonlar, kimi elektronlarını kaybetmiş ya da elektron kazanmış atomlardır ve bu sebepten ötürü yüklü atomlar olarak tanımlanırlar. Atomlardaki negatif yüklü temel parçacıklar olan elektronların hareket etmesi, elektrik yükünün bir atomdan başkasına 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 boru çizgileri aynıi bir matristen geçmeleri gerektiğini bulduk. Bu, iyonları yavaşlatıyordu” diyor.

Araştırmacılar, iyonların problemsiz bir şekilde akmasına izin vermek için nanometre boyutunda bir kanal oluşturdular, lakin önce iyonları bu kanala sokmaları gerekiyordu. Bu gayeyle tabiattan bir ipucu olarak, hücrelerin iyonları duvarlarından içeri alma formunu kopyaladılar.

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

Aynı sistem karşıt yönde de kullanılabiliyor. Ekip, kanal açıklığının yakınında kimyasal bir tepki tespit eden bir sensör oluşturdu. Tepki, iyon akışını kestiği için bir bilgisayarın ölçtüğü akımı durduruyordu. Bu, kirliliği algılamak ya da insan hudut sistemini incelemek gibi birçok alanda kullanılabilecek bir usul olabilir.

Collins, artık maksatlarının bu iyon hareketini denetim edebilecekleri tüm temel sistemleri öğrenmek ve bunu farklı teknoloji alanlarına taşımak olduğunu söylüyor.

Çalışma Advanced Materials mecmuasında yayımlandı.