Macroscopic Movement of Electrolyte-droplet Reveals the Characteristics of Microscopic Ion Dynamics
- 주제(키워드) 반도체-전해질 계면 , 이온-전자 상호작용 , 전기 이중층 , 이온 동역학 , 농도의존성 , 표면 전위 , 전하 중성 조건 ; Semiconductor-electrolyte interface , Ion-electron interaction , Electric double layer , Ion dynamics , Concentration dependence , Surface potential , Charge neutrality
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 박준우
- 발행년도 2026
- 학위수여년월 2026. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 화학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000082280
- UCI I804:11029-000000082280
- 본문언어 영어
- 저작권 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록(요약문)
본 논문은 고체-액체 계면에서 흐르는 물방울 내부의 미시적인 동역학을 이해하는 데 초점을 두고 있다. 반도체-전해질 계면에서, 흐르는 물방울 내부 이온의 흡, 탈착에 의한 반도체 내부의 유도전하의 양을 측정하는 소자를 사용하였다. 소자의 출력신호는 각각 전해질의 농도, 물방울의 이동속도에 대한 비단조적인 의존성을 보였다. 소자의 특성방정식을 재구성함으로써, 기존 모델로 설명되지 않는 이러한 비단조적 의존성을 설명하였고, 다음과 같은 결과를 도출했다. 첫 번째, 이온의 흡착 정도가 포화되기 전, 전체 이온 농도에 대한 반도체 표면에 흡착하는 이온의 비율은 물방울의 이동속도에 관계없이 거의 일정하다. 두 번째, 이온-전자 상호작용의 세기는 특정 거리를 넘어서면 급격히 감소한다. 그리고 세 번째, 이온-전자 상호작용이 정상 상태에 도달하는 시간적 단위는 초 단위이다. 마지막으로, 반도체-전해질 계면에서 이온 동역학과 이온의 유한한 크기를 수반한 전하 중성 조건을 기존 전기 이중층 이론과 결합하였다. 결론적으로 본 연구는 거시적인 물방울의 움직임을 통해, 물방울 내부의 미시적 이온의 동역학을 이해하였다.
more초록(요약문)
This paper aims to investigate microscopic ion dynamics at the solid-liquid interface, which is difficult to characterize experimentally, by measuring the number of induced electrons at the semiconductor surface due to ion-electron interaction at the interface. The electric signal exhibited two non-monotonic behaviors corresponding to the ionic concentration and velocity of the electrolyte droplet, neither of which could be explained by the previous model. Revising the characteristic equation of the device including the ion dynamics led us to the following conclusions: in a sliding electrolyte-droplet, (i) the proportion of ions in the bulk solution that are adsorbed is almost the same regardless of the velocity when ion adsorption is not saturated, (ii) ion-electron interactions decrease rapidly beyond a certain distance, and (iii) the time scale on which the ion-electron interaction becomes a steady state is on the order of seconds. We extended the charge neutrality condition incorporating ion-electron interaction at the interface, which quantitatively agrees with the modified Poisson-Boltzmann theory. The contents of this thesis have been published in an academic journal. (Phys. Chem. Chem. Phys., 2025, 27, 11102-11111)
more목차
List of Figures 6
국문 초록 9
1. Introduction 10
2. Experimental 12
2.1. Materials 12
2.2. Characterization of the ionovoltaic device 12
2.3. Measurement of the Force-distance curve 14
3. Results 15
3.1. Non-monotonic dependencies in ionovoltaic device performance 15
3.2. Derivation of the characteristic equation 22
3.3. Interpretation of the non-monotonic dependencies 31
3.4. Quantitative analysis: modified Poisson-Boltzmann model 50
4. Conclusion 57
References 58
Abstract 64
