Mientras que los médicos usan rayos X para ver los huesos rotos dentro de nuestros cuerpos, los científicos han desarrollado una nueva técnica de rayos X para ver dentro de nanopartículas continuamente empaquetadas, también conocidas como granos, para examinar las deformaciones y dislocaciones que afectan sus propiedades.
En un nuevo estudio publicado el viernes pasado en ciencia , los investigadores del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. DOE utilizaron una técnica de dispersión de rayos X llamada imagen de difracción coherente de Bragg para reconstruir en 3-D el tamaño y la forma de los defectos del grano. Estos defectos crean imperfecciones en la red deátomos dentro de un grano que pueden dar lugar a propiedades y efectos materiales interesantes.
"Esta técnica proporciona una sensibilidad muy alta a los desplazamientos atómicos, así como la capacidad de estudiar materiales en diferentes condiciones realistas, como altas temperaturas", dijo el físico de Argonne Wonsuk Cha, autor del artículo.
"Si desea mapear el interior del grano, para ver la red de dislocaciones, esta es una técnica emocionante", agregó el científico de materiales de Argonne Andrew Ulvestad, otro autor.
Durante los últimos diez años, los científicos habían examinado la estructura defectuosa de las nanopartículas separadas. Pero los científicos no tenían una forma de ver las distorsiones en la red cristalina en los granos que formaban películas continuas de material, como las que se encuentran en algunoscélulas solares o ciertos materiales catalíticos.
En las imágenes de difracción coherente de Bragg, los científicos emiten rayos X a una muestra, que se dispersan de los átomos en la estructura del material. Al observar los patrones de dispersión, los científicos pueden reconstruir la composición del material en 3-D. Con pequeñas nanopartículas aisladas, estola información es relativamente fácil de recopilar, pero para las películas delgadas hay complicaciones adicionales: "Es como tratar de averiguar dónde está Paul McCartney en la icónica foto de Abbey Road en lugar de tratar de averiguar dónde está el sexto violinista en una gran orquesta".Dijo Ulvestad.
La investigación se centró en un área específica entre partículas conocida como el "límite de grano", una región que causa la mayoría de los fenómenos materiales interesantes. "El límite de grano puede considerarse como una línea de falla en una placa tectónica", dijo Ulvestad"Gobierna una gran cantidad de actividad subyacente".
Ulvestad mencionó específicamente las células solares de película delgada, una tecnología fotovoltaica prometedora, como un ejemplo notable de un tipo de material tecnológicamente emocionante que podría beneficiarse del estudio. "Estos son generalmente materiales bastante complicados cuyo comportamiento está determinado en gran medida por los átomos queestán en la primera línea, cerca de los límites de grano ", dijo.
Las dislocaciones cerca de los límites del grano están controladas por la estructura de defectos en el material, y Ulvestad espera que a medida que los científicos adquieran la capacidad de controlar la síntesis y el posicionamiento de los defectos, en última instancia también puedan controlar el comportamiento de los materiales cerca del granoPerímetro.
Al utilizar los rayos X de alta energía especialmente penetrantes producidos por la Fuente avanzada de fotones de Argonne, los investigadores pudieron observar la deformación de la red cristalina en tiempo real.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional de Argonne . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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