W ostatnich badaniach projektowanie i regulacja w?a?ciwo?ci materia?ów poprzez ??czenie in?ynierii defektów jest obecnie gor?cym punktem badawczym. W tlenkach, siarczkach i innych materia?ach metali przej?ciowych obecno?? defektów znacz?co zmieni ich struktur? elektronow? i w?a?ciwo?ci chemiczne, dzi?ki czemu uzyska szerokie zastosowanie w dziedzinie magazynowania i konwersji energii. Na przyk?ad w projektowaniu strukturalnym materia?ów akumulatorowych ilo?ciowe wprowadzanie defektów mo?e poprawi? przewodno?? elektryczn? materia?u, zapewni? wi?cej miejsc aktywnych i poprawi? przemian? fazow? materia?u podczas litowania, aby osi?gn?? lepsze parametry elektrochemiczne. W tym celu, obserwuj?c i charakteryzuj?c defekty materia?ów, naukowcy mog? otworzy? nowe drzwi dla pola badawczego materia?ów magazynuj?cych energi?, badaj?c zwi?zek mi?dzy struktur? a w?a?ciwo?ciami materia?ów z poziomu atomowego. Chocia? nie jest ju? rzadko?ci? stosowanie HRTEM, XPS, EELS i innych technologii do charakteryzowania wad materia?ów, techniki te mog? by? ograniczone jedynie do badania lokalnych obszarów powierzchni materia?u, który jest rozci?gany do badania ogólne wady materia?u. Ponadto techniki te mog? jedynie pomóc w pó?ilo?ciowej analizie defektów powierzchni materia?ów, podczas gdy w przypadku grubszych próbek jest to ?poziome do szczytu grzbietu, g??boko?? jest inna”. Zw?aszcza w przypadku próbek z ró?nymi wadami wewn?trznymi i powierzchniami jest jeszcze bardziej bezsilny. W tym miejscu autor zebra? kilka wysokopoziomowych metod charakteryzacji defektów w celu scharakteryzowania struktury i tre?ci defektów z makroskopowego punktu widzenia materia?u w dziedzinie badań in?ynierii defektów materia?owych w 2018 roku i przeanalizowa? nast?puj?ce elementy. Je?li jest niekompletno??, zapraszamy do dodania.

[widmo anihilacji pozytonów]

Widmo anihilacji pozytonów, znane równie? jako widmo czasu ?ycia anihilacji pozytonów (PILS), to nowatorska technika testowania nieniszcz?cego materia?ów, która bada w?a?ciwo?ci materia?ów na poziomie atomowym. Ta technika jest powszechnie stosowana do wykrywania obecno?ci defektów i wakatów w materia?ach sta?ych. Zasad? tej techniki wykrywania jest wykrywanie czasu relaksacji uwalniania promieni gamma podczas anihilacji za pomoc? anihilacji, gdy pozytony oddzia?uj? z elektronami. D?ugo?? czasu relaksacji zale?y od wielko?ci porów materia?u, to znaczy od wielko?ci wakatu. Po?rednia ocena defektów na poziomie atomowym w materiale w oparciu o czas relaksacji hartowania sprawia, ?e technika odgrywa ogromn? rol? w projektowaniu defektów i charakterystyce materia?u magazynuj?cego energi?.

Niedawne badania materia?ów z dwusiarczku molibdenu domieszkowanego palladem opisano w artykule Nature Communications (NAT. COMMUN., 2018, 9, 2120). Ta technika zosta?a wykorzystana do scharakteryzowania defektów powsta?ych po domieszce, jak pokazano na rysunku. Naukowcy stwierdzili, ?e po domieszkowaniu materia?u MoS2 palladem 1%, czas relaksacji τ1 defektu sieci i czas relaksacji τ2 defektu wakatu uleg?y znacznemu wyd?u?eniu. Gdzie τ1 jest wyd?u?one z 183,6s do 206,2s, a τ2 jest wyd?u?one z 355,5s do 384,6s. Wzrost tych czasów relaksacji oznacza wzrost wymiaru defektu. Ponadto poprawia si? równie? intensywno?? czasu relaksacji, co oznacza, ?e zawarto?? defektów w materiale po domieszkowaniu jest znacznie wy?sza ni? w przypadku materia?u z niedomieszkowanego dwusiarczku molibdenu.

[Rozszerzone widmo struktury drobnoziarnistej absorpcji promieniowania rentgenowskiego]

Subtelna struktura rozszerzonej absorpcji promieniowania rentgenowskiego (XANES) to analiza ?rodowiska chemicznego wokó? atomu materia?u za pomoc? zjawiska rozszerzonej absorpcji promieniowania rentgenowskiego generowanego przez fluorescencj? lub fotoelektron emitowany przez promieniowanie rentgenowskie próbki. Zjawisko rozszerzonej absorpcji promieniowania rentgenowskiego jest zdeterminowane funkcj? porz?dkowania krótkiego zasi?gu. Z widma strukturalnego mo?na uzyska? takie dane, jak typ, odleg?o?? i liczba koordynacyjna s?siednich atomów atomu absorbuj?cego. Ilo?? defektów mo?na okre?li? jako?ciowo, obserwuj?c przesuni?cie odleg?o?ci s?siednich atomów koordynacyjnych i intensywno?? pików.

Niedawno artyku? badawczy Advanced Energy Material donosi? o zastosowaniu technologii XANES do badania defektu CaMnO3 jako materia?u elektrodowego (Adv. Energy Mater. 2018, 1800612). Naukowcy wykorzystali widma XAS i XANES do analizy defektów tlenu w materiale. Z widma XANES wida?, ?e intensywno?? piku CMO/S-300 jest znacznie ni?sza ni? CMO, co ?wiadczy o obni?eniu stanu walencyjnego materia?u po redukcji siarki. Na mapie po transformacji Fouriera wida?, ?e intensywno?? pików widma CMO/S-300 jest mniejsza ni? CMO, a odst?py odpowiadaj?ce niektórym pikom s? przesuni?te w stosunku do CMO. Dane te ilustruj? zmiany strukturalne powierzchni CMO/S-300 po redukcji siarki i powstawaniu defektów tlenowych.

[Elektroniczne widmo odpowiedzi spinowej]

Elektronowy rezonans spinowy, znany równie? jako odpowied? rezonansu paramagnetycznego (EPR), to rezonansowe przej?cie mi?dzy poziomami energii magnetycznej, które wyst?puje w sta?ym polu magnetycznym w próbce pod dzia?aniem pola elektromagnetycznego o cz?stotliwo?ci radiowej. Gdy fala elektromagnetyczna o cz?stotliwo?ci ν zostanie przy?o?ona w kierunku prostopad?ym do zewn?trznego pola magnetycznego B, energia uzyskana przez swobodny elektron materia?u wynosi hν. Gdy zwi?zek mi?dzy ν i B spe?nia hν = gμB, nast?puje przej?cie poziomu magnetycznego, odpowiadaj?ce pikowi absorpcji pojawiaj?cemu si? na EPR. Warto?? g zale?y od ?rodowiska chemicznego, w którym znajduj? si? niesparowane elektrony. Ró?ne zwi?zki maj? ró?ne warto?ci g.

Niedawne badanie przeprowadzone przez Advanced Functional Material donosi?o o zastosowaniu technologii EPR do badania kompozytu 1T-2H z faz? MoS2-Mxene zawieraj?cego defekty siarki jako materia?u elektrodowego do akumulatorów litowo-siarkowych (Adv. Funct. Mater. 2018, 1707578). Naukowcy zsyntetyzowali kompozyt z faz? 1T-2H MoS2 i MXene. Redukuj?c gaz amoniakalny uzyskano materia?y o ró?nym stopniu defektów siarkowych i scharakteryzowano ich struktur?. Korzystaj?c z analizy testowej EPR, stwierdzono, ?e materia?y o ró?nym czasie obróbki amoniakiem zawiera?y pewn? ilo?? defektów siarkowych, co odpowiada pikowi absorpcji o warto?ci g równej 2,0. Ponadto, wraz z wyd?u?aniem si? czasu obróbki amoniakiem, pik defektu siarki stopniowo stawa? si? silniejszy i szerszy, co dowodzi?o, ?e defekty w materiale stopniowo narasta?y wraz z obróbk? gazowego amoniaku. Obecno?? du?ej liczby wakatów siarkowych powoduje, ?e materia? ma lokalnie dodatni ?adunek, zwi?kszaj?c w ten sposób adsorpcj? anionów wielosiarczkowych i osi?gaj?c skuteczne hamowanie wielosiarczków.

【streszczenie】

W ostatnich latach badania nad wadami materia?owymi sta?y si? bardzo gor?cym tematem. Jednak wi?kszo?? badań jest wci?? na etapie zrozumienia defektów. Z tego powodu, jako materialny naukowiec, powinni?my zna? ?wiat i zmienia? ?wiat. W procesie badań musimy nie tylko rozpozna? mikroskopijny ?wiat defektów, ale tak?e poprawi? i kontrolowa? defekty za pomoc? pewnych metod syntetycznych lub preparatywnych. Opad?e kwiaty nie s? rzeczami bez serca, w Chunni bardziej czworok?tne. Defekty, które wydaj? si? zmniejsza? wydajno?? materia?u nie tylko nie maj? negatywnego wp?ywu na sam materia? po zaprojektowaniu kierunkowym, ale daj? naukowcom mo?liwo?? optymalizacji materia?u od poziomu atomowego, dzi?ki czemu materia? elektrody ma lepsze parametry jako ca?o??. Poszerz szerokie zastosowanie w magazynowaniu energii i innych nanonaukach oraz in?ynierii materia?owej.