斯图加特大学
显示离子及其模糊镜像电荷的不完美金属的示意图
学分:斯图加特大学/亚历山大·施莱希 包含离子或极性分子的液体普遍存在于绿色技术所需的许多应用中，例如储能、电化学或催化
当这种液体被带到一个界面，比如电极，或者甚至被限制在一种多孔材料中时，它们表现出超出已知效应的意想不到的行为
最近的实验表明，所用材料的性质，可以是绝缘的或金属的，强烈影响这些流体的热力学和动力学行为
为了进一步阐明这些效应，斯图加特大学、格勒诺布尔阿尔卑斯大学和巴黎索邦大学的物理学家开发了一种新的计算机模拟策略，该策略使用虚拟流体，允许考虑任何材料内部的静电相互作用，同时计算效率足以研究这种界面处的流体特性
这种新方法现在首次使得在纳米尺度上研究润湿转变成为可能，这取决于离子液体是否遇到具有绝缘或金属性质的材料
这一突破性的方法为预测带电液体的异常行为，特别是与纳米多孔金属结构的接触提供了新的理论框架，并在能量存储和环境领域有直接的应用
尽管离子液体或偶极液体在物理、化学和生物学中起着关键作用，但它们在表面附近的行为——如多孔材料——在许多方面仍然令人困惑
对这种系统进行理论描述的最大挑战之一是静电相互作用的复杂性
例如，完美金属中的一个离子会产生一个反向反电荷，这对应于负镜像
相比之下，在完美的绝缘体中不会感应出这样的镜像电荷，因为没有自由运动的电子
然而，任何真实的，我
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非理想化的材料具有正好位于前面提到的两条渐近线之间的特性
因此，预期材料的金属或绝缘性质对相邻流体的性质有显著影响
然而，既定的理论方法在这里达到了它们的极限，因为它们假设要么是完全金属的，要么是完全绝缘的材料
到目前为止，在解释真实材料的观察到的表面特性时，在描述中有一个空白，其中镜像电荷被充分涂抹
在他们最近发表在《自然材料》杂志上的论文中，博士
来自斯图加特大学的Alexander Schlaich和研究团队提出了一种新的原子尺度模拟方法，允许他们描述液体对表面的吸附，同时明确考虑金属材料中的电子分布
虽然常见的方法考虑由绝缘材料或完美金属制成的表面，但他们已经开发出一种方法，模拟由这两个极端之间的任何材料引起的静电屏蔽效果
这种方法的要点是通过由轻粒子和快带电粒子组成的“虚拟”流体来描述金属材料中的库仑相互作用
这些在流体存在的情况下通过重组产生静电屏蔽
这种策略在任何标准的原子模拟环境中都特别容易实现，并且可以很容易地进行转换
特别地，这种方法允许计算能量存储应用中使用的真实系统的电容行为
作为斯图加特大学SimTech卓越集群的一部分，Alexander Schlaich正在使用这种多孔导电电极材料的模拟来优化下一代超级电容器的效率，这种超级电容器可以存储巨大的功率密度
盐水溶液在实际多孔材料中的润湿行为也是他在斯图加特合作研究中心1313“多孔介质中界面驱动的多场过程——流动、传输和变形”中贡献的重点，该中心还研究了与土壤盐渍化相关的降水和蒸发过程
因此，所开发的方法适用于广泛的系统，也适用于斯图加特大学的进一步研究
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