Language
Country/Area
No result found
العالم الرائع للمسح المجهري الكهروكيميائي: كيف نكشف أسرار التفاعل بين السائل والصلب؟
المجهر الكهروكيميائي الماسح (SECM) هو تقنية مبتكرة تستخدم ضمن الفئة الواسعة من مجهر مسبار المسح (SPM) الذي يمكنه قياس السلوك الكهروكيميائي المحلي لواجهات السائل الصلب، والسائل الغازي، والسائل السائل. تم اقتراح هذه التقنية ورمز لها لأول مرة من قبل ألين جيه بارد، وهو عالم كيمياء كهربائية في جامعة تكساس في عام 1989. مع نضوج الأساس النظري، تم استخدام SECM على نطاق واسع في الكيمياء والأحياء وعلوم المواد. من خلال قياس التيار في موضع دقيق عند طرف القطب الكهربي الدقيق للغاية (UME)، يمكن الحصول على إشارات كهروكيميائية محددة مكانيًا. ويعتمد تفسير هذه الإشارات على مفهوم التيارات المحدودة بالانتشار، والذي بدوره يعطي صورة للتفاعل البيني والحركية الكيميائية.
يمكن لتقنية SECM استكشاف الظواهر البينية وقد وجدت تطبيقات مهمة في علم المواد، مثل البنية الدقيقة وأنماط السطح.
التاريخ
كان ظهور الأقطاب الكهربائية الدقيقة للغاية (UMEs) نقطة تحول مهمة في تطوير تقنيات التحليل الكهربائي الحساسة مثل SECM. في عام 1986، أجرى إنجستروم أول تجربة مشابهة لـ SECM ولاحظ نمط التفاعل والوسائط قصيرة العمر. وأشارت تجارب آلان جيه بادر أيضًا إلى أن التيار المقاس على مسافات كبيرة لم يكن متوافقًا مع نفق الإلكترون، ولكنه كان ناتجًا عن التيار الفارادي. وقد دفع هذا إلى إجراء المزيد من الأبحاث في مجال المجهر الكهروكيميائي. اقترح بود الأساس النظري لـ SECM في عام 1989 وقدم مجموعة متنوعة من أوضاع التغذية الراجعة.
كيف يعمل
المبدأ الأساسي لـ SECM هو تعديل الإمكانات في محلول يحتوي على زوج أكسدة-اختزال عبر طرف UME. على سبيل المثال، في نظام ينقل Fe2+/Fe3+، عندما يتم تطبيق جهد سلبي كافٍ، سيتم تقليل Fe3+ إلى Fe2+ عند طرف UME ، مما يؤدي إلى انتشار الحد الحالي. تتمتع هذه التقنية بطريقتين رئيسيتين للتشغيل: وضع التغذية الراجعة ووضع توليد المجموعة.وضع الملاحظات
في وضع التغذية الراجعة، عندما يكون طرف UME قريبًا من الركيزة الموصلة، فإن المنتجات المخفضة المتولدة عند الطرف سوف تتأكسد على السطح الموصل، مما يؤدي إلى زيادة تيار الطرف، وتشكيل تغذية مرتدة إيجابية. إذا كان الهدف هو سطح عازل، فسيتم تقليل التيار بسبب عدم القدرة على تجديد الأكاسيد، مما يشكل حلقة تغذية مرتدة سلبية.
وضع التجميع والتوليد
في وضع توليد التجميع، يتم تثبيت طرف UME عند إمكانات كافية للتفاعل الكيميائي، بينما تكون الركيزة عند إمكانات مناسبة لجمع المنتجات التي يولدها الطرف أو التفاعل معها. يوفر هذا النمط نظرة ثاقبة على ديناميكيات عملية نقل الإلكترون في النظام.
التطبيقات
تم استخدام SECM لاستكشاف التفاعل السطحي للمواد الصلبة، ودراسة حركية إذابة البلورات الأيونية في البيئات المائية، وغربلة المواد التحفيزية الكهربائية، وتحليل نشاط الإنزيمات، والتحقيق في النقل الديناميكي للأغشية الاصطناعية / الطبيعية.لقد مكنت قدرات التصنيع الدقيق والتصميم المستوي لشركة SECM من تحقيق اختراقات في تطبيق التفاعلات السطحية، وخاصة في عمليات ترسب المعادن ونمذجة السطح.
النظرة المستقبلية
مع تقدم التكنولوجيا، يستمر نطاق تطبيق SECM في التوسع وتستمر حساسيته في التحسن. إن المجسات الأصغر حجماً والدقة المكانية الأعلى تعني أن العلماء قادرون على ملاحظة الظواهر التي كانت خارج متناولهم في السابق. وخلف هذه التقنيات، لا يسعنا إلا أن نتساءل: هل يمكن لـ SECM أن تساعدنا في عملية استكشاف العالم المجهري في حل الألغاز العلمية العميقة؟
