نانو أيونية
النانو أيونية (بالإنجليزية: Nanoionics) هي دراسة وتطبيق ظواهر العمليات المرتبطة بالنقل الأيوني السريع (إف آي تي) وخصائصها، وآثارها، وآلياتها، في النظم النانومترية ذات الحالة الصلبة بالكامل. تتضمن الموضوعات ذات الأهمية الخصائص الأساسية لأكسيد السيراميك بمقاييس طولية نانومترية، وموصلًا أيونيًا سريعًا (موصل فائق التأين متقدم)/موصلات إلكترونية ذات وصلات متغايرة. تكمن التطبيقات المحتملة في أجهزة كهروكيميائية (أجهزة كهربائية مزدوجة الطبقة) لتحويل الطاقة، والشحنات، والمعلومات، وتخزينها. قُدم مصطلح النانو أيونية ومفهومها (باعتبارها فرعًا جديدًا من العلوم) لأول مرة بواسطة إيه. إل. ديسبوتولي وَفي. آي. نيكولايتشيك (معهد تكنولوجيا الإلكترونيات الدقيقة والمواد عالية النقاء، الأكاديمية الروسية للعلوم، تشيرنوغولوفكا) في يناير عام 1992.
|
يتعامل المجال العلمي والصناعي متعدد التخصصات للحالة الصلبة الأيونية مع ظواهر النقل الأيوني في المواد الصلبة، ويعتبر النانو أيونية تقسيمًا جديدًا له. تحاول النانو أيونية أن تصف، على سبيل المثال، الانتشار والتفاعلات، في شروط غير مناسبة إلا في المقياس النانوي، مثلًا، في شروط ساحة الجهد غير المنتظم (في المقياس النانوي).
هناك فئتان من الأنظمة النانوية ذات الحالة الصلبة الأيونية ونظامان للنانو أيونية مختلفان جوهريًا: (1) أنظمة نانوية تعتمد على المواد الصلبة ذات الموصلية الأيونية المنخفضة، و(2) أنظمة نانوية تعتمد على الموصلات الفائقة التأين المتقدمة (مثل ألفا يوديد الفضة، ومجموعة روبيديوم يوديد الفضة). تختلف نظم النانو أيونية الأولى والثانية عن بعضها في تصميم الأجهزة الملحقة. إن دور الحدود في النظم النانو أيونية الأولى هو تهيئة الظروف اللازمة لتركيزات عالية من الشوائب المشحونة (الشواغر والزوائد) في طبقة الشحنة الحيزية المضطربة. ولكن في النظم النانو أيونية الثانية، من الضروري الحفاظ على الهياكل البلورية عالية التوصيل الأيوني للموصلات فائقة التأين المتقدمة في الحدود المتغايرة المرتبة (مطابقة تشابكية). قد تعزز نظم النانو أيونية الأولى إلى حدٍّ كبير (حتى 108 مرة تقريبًا) الموصلية الأيونية الشبيهة ثنائية الأبعاد في المواد ذات البنية النانوية المتماسكة هيكليًا، ولكنها تبقى حتى 103 مرة أصغر نسبيًا من الموصلية الأيونية ثلاثية الأبعاد للموصلات الفائقة التأين المتقدمة.
تستند النظرية الكلاسيكية للانتشار والهجرة في المواد الصلبة إلى فكرة وجود معامل الانتشار وطاقة التنشيط والقدرة الكهروكيميائية. وهذا يعني قبول الانتقال الأيوني في ساحة الجهد حيث تكون جميع الحواجز بنفس الارتفاع (أي تصريف الجهد المنتظم). على الرغم من الاختلاف الواضح بين كائنات الحالة الصلبة الأيونية والنظم النانو أيونية الأولى والثانية، فإن المشكلة الجديدة الحقيقية للنقل الأيوني السريع وتخزين الطاقة/أو تحويلها لهذه الكائنات (الموصلات الأيونية السريعة) لها أساس مشترك خاص: ساحة الجهد غير المنتظم على مقياس النانو (مثلًا) الذي يحدد طبيعة استجابة النظام الفرعي للأيونات المتنقلة للتأثير الخارجي النبضي أو التوافقي، مثل التأثير الضعيف في التحليل الطيفي للعزل الكهربائي (المقاومة الطيفية).