European Physical Journal hebt HI ERN-Veröffentlichung hervor
Im European Physical Journal (EPJ E) wurde kürzlich die Studie "Local electroneutrality breakdown for electrolytes within varying-section nanopores" des HI ERN-Wissenschaftlers Paolo Malgaretti und seiner Kollegen hervorgehoben. Die Forscher leiten Gleichungen ab, die beschreiben, wie sich die lokale elektrische Ladung in Elektrolyten in Kanälen mit unterschiedlichen Querschnitten im Gleichgewicht verändert. Das Ergebnis könnte helfen, Wege für geladene Teilchen in biologischen und technischen Systemen vorherzusagen.
Der Gefäßkreislauf von Pflanzen, Ionenkanäle, unser eigenes Lymphsystem und viele Energiegewinnungssysteme sind auf den Transport gelöster Salzlösungen durch gewundene Leitungen angewiesen. Diese Lösungen oder Elektrolyte halten eine positive oder negative Ladung aufrecht, die für das Funktionieren des Systems entscheidend ist. Dieser Ladungsausgleich hängt jedoch von den Eigenschaften des Kanals ab, der die Flüssigkeit enthält. In einer kürzlich im European Physical Journal (EPJ E) veröffentlichten Studie leiten Paolo Malgaretti vom Helmholtz-Institut Erlangen-Nürnberg für Erneuerbare Energien (HI ERN) und seine Kollegen nun Gleichungen ab, die beschreiben, wie sich die lokale elektrische Ladung in Elektrolyten in Kanälen mit unterschiedlichen Querschnitten im Gleichgewicht verändert. Das Ergebnis könnte helfen, Wege für geladene Teilchen in biologischen und technischen Systemen vorherzusagen.
Wenn sich eine Elektrolytlösung zwischen zwei Platten befindet, sollte der Theorie nach die gesamte elektrische Ladung in der Flüssigkeit derjenigen auf den Platten entsprechen. Die Beobachtungen von Malgaretti et al. zeigen jedoch, dass dieses Ladungsgleichgewicht zusammenbricht, wenn die Platten einen Abstand von weniger als 10 Nanometern zueinander haben. Darüber hinaus zeigt sich eine neuartige Dynamik bei Elektrolyten, die sich durch asymmetrische Poren oder Kanäle mit unterschiedlichen Durchmessern bewegen.
Um das Zusammenspiel zwischen Geometrie und lokalem Elektrolyt-Ladungsgleichgewicht zu erfassen, führten Malgaretti und sein Team Berechnungen für einen Elektrolyten durch, der zwischen gewellten Kanalwänden eingebettet war. Sie fanden heraus, dass die lokale Ladung immer dann unterbrochen wird, wenn sich der Querschnitt des Kanals ändert. Die Forscher erklären, dass die Entstehung dieser überschüssigen Ladung ausschließlich aus dem Zusammenspiel von Kanalgeometrie und elektrostatischen Kräften resultiert und mit der Gesamtladung vergleichbar ist, die sich an den Wänden aufgebaut hat.
Mehr Informationen
Zum Artikel auf EPJ E und der Springer Research News Website (in Englisch).
Original Publikation
P. Malgaretti, I. Pagonabarraga, J. Harting. (2024), Local electroneutrality breakdown for electrolytes within varying-section nanopores. Eur. Phys. J. E 47, 15 (2024).
https://doi.org/10.1140/epje/s10189-024-00408-9
Kontakt
Dr. Paolo Malgaretti
Leader of the team "Dynamics of Confined and Chemically Reactive Fluids"
Raum 5012