В науке о поверхности двойной слой ( DL , также называемый двойным электрическим слоем , EDL ) — это структура, которая появляется на поверхности объекта, когда он подвергается воздействию жидкости . Объект может быть твердой частицей, газовым пузырем , каплей жидкости или пористым телом . DL относится к двум параллельным слоям заряда , окружающим объект. Первый слой, поверхностный заряд (положительный или отрицательный), состоит из ионов , которые адсорбируются на объекте в результате химических взаимодействий . Второй слой состоит из ионов, притягивающихся к поверхностному заряду силой Кулона , электрически экранирующих первый слой. Этот второй слой слабо связан с объектом. Он состоит из свободных ионов, которые движутся в жидкости под действием электрического притяжения и теплового движения , а не прочно закреплены. Поэтому его называют «диффузным слоем».
Межфазные DL наиболее очевидны в системах с большим отношением площади поверхности к объему , таких как коллоидные или пористые тела с частицами или порами (соответственно) в масштабе от микрометров до нанометров . Однако ДЛ важны для других явлений, таких как электрохимическое поведение электродов .
DL играют фундаментальную роль во многих повседневных веществах. Например, гомогенизированное молоко существует только потому, что капли жира покрыты слоем DL, который предотвращает их свертывание в масло . ДЛ существуют практически во всех гетерогенных жидкостных системах, таких как кровь, краска, чернила, керамический и цементный растворы .
Когда электронный проводник вступает в контакт с твердым или жидким ионным проводником (электролитом), появляется общая граница ( интерфейс ) между двумя фазами . Герман фон Гельмгольц [1] был первым, кто осознал, что заряженные электроды, погруженные в растворы электролитов, отталкивают коионы заряда, одновременно притягивая к своей поверхности противоионы. На границе раздела электрод-электролит образуются два слоя противоположной полярности . В 1853 году он показал, что двойной электрический слой (DL) по существу является молекулярным диэлектриком и сохраняет заряд электростатически. [2] Ниже напряжения разложения электролита накопленный заряд линейно зависит от приложенного напряжения.
Эта ранняя модель предсказывала постоянную дифференциальную емкость , независимую от плотности заряда и зависящую от диэлектрической проницаемости растворителя электролита и толщины двойного слоя. [3] [4] [5]
Эта модель, имеющая хорошую основу для описания интерфейса, не учитывает такие важные факторы, как диффузия/смешивание ионов в растворе, возможность адсорбции на поверхность и взаимодействие дипольных моментов растворителя и электрода.