Les liquides contenant des ions ou des molécules polaires sont omniprésents dans de nombreuses apps nécessaires aux systems vertes telles que le stockage d’énergie, l’électrochimie ou la catalyse. Lorsque de tels liquides sont amenés à une interface telle qu’une électrode – ou même confinés dans un matériau poreux – ils présentent un comportement inattendu qui va au-delà des effets déjà connus. Des expériences récentes ont montré que les propriétés du matériau employé, qui peut être isolant ou métallique, influencent fortement le comportement thermodynamique et dynamique de ces fluides. Pour mieux comprendre ces effets, des physiciens de l’Université de Stuttgart, de l’Université Grenoble Alpes et de Sorbonne Université Paris ont développé une nouvelle stratégie de simulation informatique utilisant un fluide virtuel qui permet de prendre en compte les interactions électrostatiques au sein de n’importe quel matériau tout en étant suffisamment informatique. efficace pour étudier les propriétés des fluides à de telles interfaces. La nouvelle méthode a maintenant permis pour la première fois d’étudier la transition de mouillage à l’échelle nanométrique. Cela dépend si le liquide ionique rencontre un matériau ayant des propriétés isolantes ou métalliques. Cette approche révolutionnaire fournit un nouveau cadre théorique pour prédire le comportement inhabituel des liquides chargés, en particulier au contact de buildings métalliques nanoporeuses, et a des programs directes dans les domaines du stockage d’énergie et de l’environnement.



Malgré leur rôle clé en physique, chimie et biologie, le comportement des liquides ioniques ou dipolaires à proximité des surfaces – comme un matériau poreux – reste déroutant à bien des égards. L’un des plus grands défis dans la description théorique de tels systèmes est la complexité des interactions électrostatiques. Par exemple, un ion dans un métal parfait produit une contre-demand inverse, qui correspond à l’image miroir négative. En revanche, aucune demand d’image de ce form n’est induite dans un isolant parfait car il n’y a pas d’électrons en mouvement libre. Cependant, tout matériau réel, c’est-à-dire non idéalisé, a des propriétés qui se situent exactement entre les deux asymptotes mentionnées précédemment. En conséquence, la mother nature métallique ou isolante du matériau devrait avoir une impact significative sur les propriétés du fluide adjacent. Cependant, les approches théoriques établies atteignent ici leurs limites, puisqu’elles supposent soit des matériaux parfaitement métalliques, soit des matériaux parfaitement isolants. À ce jour, il existe une lacune dans la description lorsqu’il s’agit d’expliquer les propriétés de floor observées de matériaux réels dans lesquels les fees miroir sont suffisamment étalées.

Dans leur short article récent, publié dans Nature Resources, le Dr Alexander Schlaich de l’Université de Stuttgart et al. présentent une nouvelle méthode de simulation à l’échelle atomique qui permet de décrire l’adsorption d’un liquide sur une floor tout en considérant explicitement la distribution des électrons dans le matériau métallique. Alors que les méthodes courantes considèrent les surfaces constituées d’un matériau isolant ou d’un métal parfait, elles ont développé une méthode qui imite les effets du blindage électrostatique provoqué par tout matériau entre ces deux extrêmes. Le level essentiel de cette approche est de décrire les interactions coulombiennes dans le matériau métallique par un fluide  » virtuel  » composé de particules légères et chargées rapidement. Ceux-ci créent un blindage électrostatique en se réorganisant en présence du fluide. Cette stratégie est particulièrement facile à mettre en œuvre dans n’importe quel environnement de simulation atomistique regular et peut être facilement transférée. En particulier, cette approche permet le calcul du comportement capacitif de systèmes réalistes tels qu’utilisés dans les apps de stockage d’énergie. Dans le cadre du pôle d’excellence SimTech de l’Université de Stuttgart, Alexander Schlaich utilise de telles simulations de matériaux d’électrode poreux et conducteurs pour optimiser l’efficacité de la prochaine génération de supercondensateurs, qui peuvent stocker une énorme densité de puissance. Le comportement de mouillage des alternatives salines aqueuses dans des matériaux poreux réalistes est également au centre de sa contribution au Centre de recherche collaboratif de Stuttgart 1313  » Processus multi-champs pilotés par l’interface dans les milieux poreux — écoulement, transport et déformation « , qui étudie également les précipitations et processus d’évaporation liés à la salinisation des sols. La méthodologie développée est donc pertinente pour un massive éventail de systèmes, ainsi que pour des recherches ultérieures à l’Université de Stuttgart.