La vida en el carril nano es rápida y se ha vuelto más rápida en términos de conocimiento de los mecanismos fundamentales que funcionan en la nanoescala, donde los procesos son impulsados por una danza de partículas como átomos e iones de una billonésima parte de un metro de tamaño.
Avanzando en la comprensión a nanoescala, un equipo de investigadores chinos ha desarrollado una técnica de visualización basada en la microscopía electrónica de transmisión in situ TEM que ofrece una funcionalidad novedosa y poderosa. Se correlaciona directamente la estructura a escala atómica con propiedades físicas y químicas.
Los investigadores explican cómo su hallazgo es importante para el diseño y la fabricación de la próxima generación de dispositivos tecnológicos esta semana en la revista letras de física aplicada , de AIP Publishing. Este trabajo tiene aplicaciones potenciales que van desde ventanas inteligentes basadas en tecnología electrocrómica que cambian de tinte cuando se aplica un campo eléctrico a la superficie de una ventana, hasta alterar su opacidad en respuesta al voltaje, hasta dispositivos novedosos para administrar energía, información y medio ambiente.
Investigador Xuedong Bai, Ph.D., del Laboratorio Nacional de Física de la Materia Condensada de Beijing y el Instituto de Física, Academia de Ciencias de China, y el Centro de Innovación Colaborativa de Materia Cuántica, lidera un equipo que también colabora con el Centro Internacional de Materiales Cuánticos, Facultad de Física, Universidad de Pekín.
"En la actualidad, el mecanismo atómico de los nuevos dispositivos para energía, información y aplicaciones ambientales es un tema importante", dijo Bai. "La imagen en tiempo real de los procesos atómicos en los fenómenos físicos y químicos es tarea del TEM in situtécnica. Uno de los objetivos de nuestra investigación es comprender los principios básicos de los dispositivos disponibles a escala atómica, otro es explorar los dispositivos revolucionarios basados en las imágenes TEM in situ de los procesos atómicos ".
En la tecnología TEM galardonada con el Premio Nobel, un haz de electrones, en lugar del haz de luz utilizado en los microscopios tradicionales, se transmite a través de una muestra de metal en estudio. Debido a las longitudes de onda más pequeñas de los electrones, la tecnología TEM ofrece a los investigadores mucho mayorresolución para que puedan ver más detalles de lo que es posible con un microscopio óptico.
Bai enfatiza que la relación entre estructura y propiedad es un interés fundamental en la ciencia de los materiales. Sin embargo, una restricción para investigar esta relación es que la caracterización de la estructura y las mediciones de la propiedad generalmente se realizan por separado, por métodos convencionales, especialmente para la nanoescalamateriales. Su novedoso movimiento consistió en combinar estos pasos.
"Durante los últimos 15 años, nuestro trabajo se ha centrado en la construcción y aplicaciones de la técnica de microscopía electrónica de transmisión in situ TEM, por lo que las propiedades a nanoescala bajo diversos estímulos físicos, incluidos los eléctricos y ópticos, se han estudiado dentro de TEM", Dijo Bai.
En particular, el equipo se centró en uno de los materiales electroquímicos más utilizados, el óxido de tungsteno y una transición de fase crítica de su producción. Usando su técnica TEM racionalizada dentro de una celda electroquímica, sus observaciones microscópicas y dinámicas revelaron detalles detallados en tiempo realmecanismos involucrados en la formación y evolución de nanocables electroquímicos de óxido de tungsteno que tienen muchas aplicaciones en la industria.
Uno de los aspectos más interesantes de su investigación fue investigar los procesos de electromigración de iones y su transformación estructural dinámica inducida. Descubrieron que estos están estrechamente relacionados con el rendimiento electroquímico, y obtuvieron una idea del amplio potencial para las investigaciones de imágenes TEM in situ.
"Las nuevas propiedades y las preocupaciones importantes de la ciencia se pueden revelar mediante imágenes TEM in situ, por ejemplo, el proceso redox impulsado eléctricamente, el sitio de ocupación de los átomos de litio en el funcionamiento de las baterías de iones de litio y la transferencia de masa en la reacción electromecánicacelular, todos pueden beneficiarse de las imágenes TEM in situ ", dijo Bai.
Para su próximo paso, los investigadores están extendiendo la técnica de imagen de escala atómica TEM in situ para combinarla con la espectroscopía óptica ultrarrápida. Con esta extensión, será posible obtener imágenes de alta resolución tanto en el espacio como en el tiempo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Americano de Física AIP . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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