فیزیکدانان دانشگاه صنعتی مونیخ به ارائهی یک مدل برای واکنشهای الکتروشیمیایی در مقیاس نانو پرداختند. آنها مشاهده کردند که واکنشهای الکتروشیمیایی در الکترودهای ایزوله و نانومقیاس خیلی سریعتر از سیستمهای ماکروسکوپی اتفاق میافتد؛ بنابراین به بررسی آن پرداخته، معادلهای برای آن ارائه کردند.
پیشبینی واکنشهای الکتروشیمیایی نانوسیستمها
فیزیکدانان دانشگاه صنعتی مونیخ به ارائهی یک مدل برای واکنشهای الکتروشیمیایی در مقیاس نانو پرداختند. آنها مشاهده کردند که واکنشهای الکتروشیمیایی در الکترودهای ایزوله و نانومقیاس خیلی سریعتر از سیستمهای ماکروسکوپی اتفاق میافتد؛ بنابراین به بررسی آن پرداخته، معادلهای برای آن ارائه کردند. آنها در ادامه مدل خود را با انجام آزمایش به اثبات رساندند.
بیشتر واکنشها در صورتی که در مقیاس نانو انجام پذیرند، دچار تغییراتی میشوند و مدلهای ماکروسکوپی دیگر دربارهی آنها مصداق نداشته و قابل استفاده نخواهند بود. واکنشهای الکتروشیمیایی که بسیار راحت انجام میپذیرند، در فضای نانومتری دچار کندی سرعت میشوند؛ اما زمانی که طول الکترود به کمتر از ۱۰ نانومتر برسد، شانس نقش بیشتری را بازی میکند: حرکت رندومی مولکولها موجب میشود که زمان انجام واکنش غیر قابل پیشبینی شود.
محققان دانشگاه صنعتی مونیخ یک مدل تئوریک برای این پدیده توسعه دادند. آنها در مقالهای که در نشریهی PNAS به چاپ رساندند، اقدام به ارائهی مدل خود برای مطالعهی واکنشهای نانومقیاس نمودند. آنها از یک معادلهی جدید الکتروشیمیایی برای مدلشان استفاده کرده، نشان دادند که نویز گرمایی، حرکت اتفاقی مولکولها و واکنشهای انتقالدهندهی الکترونها، نقش مهمی را در سیستمهای الکتروشیمیایی بازی میکند و موجب افزایش سرعت واکنش میشود.
محققان برای اثبات مدل خود به انجام تستهای آزمایشگاهی پرداختند و برای این کار الکترودهای مدوری با شعاع ۳ تا ۱۰ نانومتر ساختند، سپس محیط آن را به دست آوردند. برای دستیابی به نویز داخلی و حذف عوامل خارجی، ملزومات دیگری را نیز فراهم آوردند و در نهایت نویز مولکول را محاسبه کردند.
نتایج این پروژه میتواند نگاه ما را دربارهی ویژگیهای الکترودها تغییر دهد. در حالت کلی میتوان گفت که با افزایش ۱۰ برابری مساحت الکترود، جریان عبوری نیز ۱۰ برابر بیشتر میشود؛ اما بر اساس این نظریه اگر الکترود به چند نانومتر کوچک شود، رابطهی مستقیمی میان ابعاد الکترود و جریان وجود نخواهد داشت.
به عقیدهی محققان این مدل میتواند پاسخگوی پدیدههایی باشد که مدلهای ماکروسکوپی قادر به توضیح آن نیستند، همچنین میتواند سؤالات بسیاری را پاسخ دهد. پروفسور کریشر میگوید که قابلیت معادلهی ارائهشدهی این گروه بیش از آن چیزی است که در این مقاله به آن اشاره شدهاست و با این معادله میتوان به بررسی فرایندهای استوکاستیک پرداخت.
