BilMech'ten son haberler

Seminer: Alper Tunga CELEBI (Uygulamalı Fizik Enstitüsü, Viyana Teknik Üniversitesi, Avusturya)

Özet: Katı-sıvı arayüzeylerde gerçekleşen süreçleri yöneten temel mekanizmalar büyük ölçüde belirsizliğini korumaktadır ve bu mekanizmaların anlaşılması, arayüzeyin yapısı, dinamikleri, kimyasal bileşimi, termodinamiği ve yük dağılımı gibi özelliklerin atomik düzeyde anlaşılmasını gerektirir. Sürekli ortam teorileri genellikle katı–sıvı arayüzeylerini modellemek için kullanılsa da, bu teoriler moleküler ölçeklerde yetersiz kalmaktadır. Aynı zamanda, birçok deneysel teknik gereken uzaysal çözünürlüğe sahip olmadığından nanoskopik arayüzey değişimlerini tam olarak yakalamak ve yorumlamak zordur. Bu boşluğu doldurmak amacıyla, detaylı içgörüler sunan ve deneysel ölçümler ile teorik yaklaşımları tamamlayan moleküler simülasyonlar kullanıyoruz. Bu seminerde, yoğunluk fonksiyonel teorisi ve moleküler dinamik simülasyonları kullanılarak incelenmiş, iyon adsorpsiyonu, hidratasyon, elektriksel çift tabaka (EDL) oluşumu ve iyon/sıvı taşınımı gibi katı–sıvı arayüzey fenomenlerine dair bir dizi örnek çalışma sunulacaktır. Simülasyonlarımız, adsorpsiyon ve hidratasyon süreçlerinde iyonlara özgü bir belirginlik olduğunu göstermektedir. Bu durum, esasen iyonların özelliklerine (örneğin hidratasyon kabuğu, boyutu, değerliği vb.) ve yüzey özelliklerine (örneğin yüzey kimyası, yük yoğunluğu) atfedilmekte olup, aşırı tarama (overscreening) ve yetersiz tarama (underscreening) gibi olgulara yol açmaktadır. Bu çalışmalara, mika arayüzeylerinde gerçekleştirilen yüksek çözünürlüklü atomik kuvvet mikroskobu (AFM) görüntülemeleri eşlik etmektedir. Bu görüntülemeler, mika yüzeyinin sulu çözelti içinde kristal yapısını ve farklı konsantrasyonlardaki tuz açısından zengin çözeltilerden adsorbe olmuş iyonları çözümlemektedir. Ayrıca, çözelti kimyasının yüzey özelliklerini ayarlamada kritik bir faktör olduğunu gösteriyoruz. Elektrolit çözeltisinin pH’ının artmasıyla birlikte, silika yüzeyindeki silanol gruplarının daha fazla deprotonasyonu gözlemlenmiş ve bu da net negatif yüzey yükünü artırmıştır. Bu durum elektriksel çift tabakanın yeniden yapılandırılmasına ve dolayısıyla hem iyon adsorpsiyonu hem de elektrokinetik taşınım süreçlerinin etkilenmesine neden olmuştur. Yüzey kuvvet cihazı (Surface Force Apparatus) ölçümleri ve bunlara eşlik eden moleküler simülasyonlar sayesinde, elektrokimyasal olarak modüle edilen ve moleküler düzeyde sınırlandırılmış altın yüzeylerdeki iyonik türlerin gerçek zamanlı taşınım süreçleri gözlemlenmiştir. Genel olarak, katı–sıvı arayüzeylerinin bu tür atomistik düzeyde anlaşılması hem doğadaki birçok olgunun açıklanması hem de çeşitli teknolojik uygulamalar için hayati önem taşımaktadır. Örneğin, yüzey yüküne göre düzenlenmiş membranlar, iyon seçiciliğini artırabilir ve tuzdan arındırma ile elektrokimyasal enerji depolama sistemleri için etkili akış kontrolü sağlayabilir.