Американские ученые разработали нанометровый канал, через который ионы в проводнике проходят в 10 раз быстрее, чем обычно. Гидрофильные молекулы в канале притягивают частицы и позволяют им пройти через туннель, не сталкиваясь с электронами. Кроме того, команда создала датчик, который фиксирует химические реакции возле канала и определяет его открытие или закрытие. В будущем разработка позволит повысить емкость аккумуляторов и ускорить диагностику болезней с помощью биосенсоров. Исследование опубликовано в журнале Advanced Materials.
Физики из США разработали материал, который позволяет ионам двигаться более чем в десять раз быстрее. Это открытие может ускорить зарядку аккумуляторов, улучшить работу биосенсоров и открыть новые возможности для нейроморфных компьютеров.
Сегодня ионно-электронные полупроводники используются в зарядке аккумуляторов, сенсорах и аппаратах, имитирующих работу мозга. Эффективность этих устройств зависит зависит от того, насколько быстро и точно можно управлять движением ионов — мельчайших заряженных частиц. Однако традиционные материалы, используемые для полупроводников, ограничены скоростью переноса ионов, что снижает эффективность устройств и усложняет разработку более быстрых и мощных технологий.
Международная научная группа решила исправить эту проблему. Физики заметили, что движение частиц по обычным проводникам напоминает прохождение через запутанную сеть труб: ионы и электроны передвигаются медленно и мешают друг другу. Это влияет на скорость тока в устройствах. Поэтому исследователи разработали прямой канал нанометрового размера, предназначающийся только для ионов. Чтобы привлечь их туда, команда заполнила наноканалы гидрофильными молекулами. Они притянули к себе ионы, растворенные в жидкости, и позволили ускорить их движение в 10 раз. По словам авторов, они поставили новый мировой рекорд по скорости перемещения ионов в любом материале.
Также исследователи проверили действие наноканала с гидрофобными молекулами. В этом случае ионы оставались в стороне от канала и медленно проходили через другие пути. Дополнительно ученые разработали датчик, который считывает химическую реакцию около канала и определяет его открытие или закрытие. Такая технология может помочь в поиске загрязнений окружающей среды или активации нейронов в организме человека.
В будущем ускоренный ионно-электронный проводник позволит быстрее заряжать аккумуляторы и повысить их емкость. В биосенсорных устройствах, использующихся для диагностики болезней, ионные каналы помогут эффективнее фиксировать химические реакции на уровне клетки.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
