Isolator wordt geleider met een druk op de knop
Ionische vloeistoffen zijn belangrijk binnen de wetenschap omdat ze veel lading kunnen aanbrengen over een oppervlak. Leidse fysici hebben nu ontdekt dat het ladingsproces binnen een ionische vloeistof puur afhankelijk is van tegengestelde ladingen die elkaar aantrekken. Chemische reacties zijn soms betrokken, maar niet essentieel. Hasan Atesci publiceert deze resultaten op 10 oktober in Annalen der Physik en promoveert op 12 september.
Ionische vloeistof
In de natuurkunde gelden soms andere wetten dan in het normale leven. Waar je van je moeder bijvoorbeeld nooit met elektriciteit mag spelen, doen sommige natuurkundigen dat juist elke dag. Daarbij willen ze vaak zoveel mogelijk lading aanbrengen op een oppervlak, voor onderzoek naar de eigenschappen van een materiaal of om in één klap een enorme stroomstoot te genereren. Ionische vloeistoffen zijn hier uitermate voor geschikt omdat ze lading aanbrengen via ionen. Deze geladen deeltjes houden een lading stabieler vast dan hun equivalent in vaste stoffen—elektronen. Binnen een ionische vloeistof verzamelen tegengestelde ionen zich aan weerszijden van een oppervlak, dat daardoor oplaadt. Het laadproces is zo effectief dat het een isolerend oppervlak geleidend kan maken.
Elektrostatisch
Natuurkundige Jan van Ruitenbeek bestudeert samen met Hasan Atesci en de rest van zijn onderzoeksgroep het laadproces binnen een ionische vloeistof door die af te koelen tot ongeveer -100 °C en ervoor te zorgen dat water en zuurstof afwezig zijn. In deze omstandigheden is er geen elektrochemie. Toch zette het proces door, zij het langzamer dan bij kamertemperatuur. Het team concludeerde dat alleen elektrostatische processen—aantrekking tussen tegengestelde ladingen—noodzakelijk zijn voor het laadproces. Hoewel chemische reacties bij kamertemperatuur betrokken zijn, zijn ze blijkbaar niet essentieel.
Supercondensator
Een veelbelovende toepassing voor ionische vloeistoffen is een 'super' versie van een condensator—een zogenoemde supercondensator. Condensatoren zijn nuttig omdat ze opgeslagen lading in één krachtige stroomstoot vrijgeven. 'Een condensator slaat elektriciteit op twee platen op, één met positieve en één met negatieve lading', zegt Van Ruitenbeek. 'Om veel lading op te slaan, heb je drie opties: vergroot de oppervlakken, verklein de afstand ertussen of verhoog de spanning. Als je ionische vloeistoffen gebruikt kan de afstand zo klein zijn als de afmeting van de ionen, dus ongeveer een nanometer. Bovendien zijn ionische vloeistoffen erg stabiel, dus je kunt een grote spanning aanbrengen zonder chemische processen te veroorzaken die de levensduur van de condensator beperken.'
Publicatie
Hasan Atesci, Francesco Coneri, Maarten Leeuwenhoek, Jouri Bommer, James R. T. Seddon, Hans Hilgenkamp, Jan M. Van Ruitenbeek, ‘On the Formation of a Conducting Surface Channel by Ionic‐Liquid Gating of an Insulator’, Annalen der Physik