Pruebe estas técnicas de caracterización estructural de alta calidad atmosférica

En investigaciones recientes, el diseño y la regulación de las propiedades de los materiales mediante la combinación de ingeniería de defectos es actualmente un punto crítico de investigación. En los óxidos, sulfuros y otros materiales de metales de transición, la presencia de defectos cambiará significativamente su estructura electrónica y propiedades químicas, logrando así su amplia aplicación en el campo del almacenamiento y conversión de energía. Por ejemplo, en el diseño estructural de materiales de batería, la introducción cuantitativa de defectos puede mejorar la conductividad eléctrica del material, proporcionar sitios más activos y mejorar la transición de fase del material durante la litiación para lograr un rendimiento electroquímico superior. Con este fin, al observar y caracterizar los defectos de los materiales, los investigadores pueden abrir una nueva puerta para el campo de investigación de los materiales de almacenamiento de energía al estudiar la relación entre la estructura y las propiedades de los materiales desde el nivel atómico. Aunque ya no es raro usar HRTEM, XPS, EELS y otras tecnologías para caracterizar los defectos de los materiales, estas técnicas solo pueden limitarse al estudio de áreas locales de la superficie del material, que se estira para el estudio de defectos generales del material. Además, estas técnicas solo pueden ayudar en el análisis semicuantitativo de los defectos superficiales de los materiales, mientras que para muestras más gruesas, es "horizontal al pico de la cresta, la profundidad es diferente". Especialmente para muestras con diferentes defectos internos y superficies, es aún más impotente. Aquí, el autor ha compilado algunos métodos de caracterización de defectos de alto nivel para caracterizar la estructura y el contenido del defecto desde el punto macroscópico completo del material en el campo de investigación de ingeniería de defectos de material en 2018 y analizó lo siguiente. Si hay algo incompleto, bienvenido a agregar.

[espectro de aniquilación de positrones]

El espectro de aniquilación de positrones, también conocido como espectro de vida útil de aniquilación de positrones (PILS), es una novedosa técnica de prueba no destructiva para materiales que estudian las propiedades de los materiales desde el nivel atómico. Esta técnica se usa comúnmente para detectar la presencia de defectos y vacantes en materiales sólidos. El principio de esta técnica de detección es detectar el tiempo de relajación de la liberación de rayos gamma durante la aniquilación mediante el uso de la aniquilación cuando los positrones interactúan con los electrones. La duración del tiempo de relajación depende del tamaño de poro del material, es decir, el tamaño de la vacante. El juicio indirecto de los defectos a nivel atómico en el material basado en el tiempo de relajación del enfriamiento hace que la técnica desempeñe un papel muy importante en el diseño y caracterización de defectos del material de almacenamiento de energía.

Un reciente estudio de materiales de disulfuro de molibdeno dopado con paladio se ha informado en el artículo de Nature Communications (NAT. COMMUN., 2018, 9, 2120). Esta técnica se utilizó para caracterizar los defectos producidos después del dopaje, como se muestra en la figura. Los investigadores descubrieron que después de dopar el material MoS2 con paladio 1%, el tiempo de relajación τ1 del defecto de la red y el tiempo de relajación τ2 del defecto de vacante se prolongaron significativamente. Donde τ1 se extiende de 183.6s a 206.2s, mientras que τ2 se extiende de 355.5s a 384.6s. El aumento en estos tiempos de relajación marca un aumento en la dimensión del defecto. Además, la intensidad del tiempo de relajación también mejora, lo que significa que el contenido de defectos en el material después del dopado es significativamente mayor que el del material de disulfuro de molibdeno sin dopar.

[Amplio espectro de estructura fina de absorción de rayos X]

La estructura fina de absorción de rayos X extendida (XANES) es un análisis del entorno químico alrededor del átomo del material por el fenómeno de absorción de rayos X extendido generado por la fluorescencia o el fotoelectrón emitido por la irradiación de rayos X de la muestra. El fenómeno de absorción de rayos X extendido está determinado por la función de orden de corto alcance. A partir del espectro estructural, se pueden obtener datos como el tipo, la distancia y el número de coordinación de los átomos adyacentes del átomo absorbente. La cantidad de defectos puede determinarse cualitativamente observando el desplazamiento de la distancia de los átomos de coordinación adyacentes y la intensidad de los picos.

Recientemente, el artículo de investigación de Advanced Energy Material informó sobre el uso de la tecnología XANES para estudiar el defecto de CaMnO3 como material de electrodo (Adv. Energy Mater. 2018, 1800612). Los investigadores utilizaron espectros XAS y XANES para analizar los defectos de oxígeno en el material. Se puede ver en el espectro XANES que la intensidad máxima de CMO/S-300 es significativamente menor que la de CMO, lo que demuestra la disminución del estado de valencia del material después de la reducción de azufre. En el mapa después de la transformada de Fourier, se ve que la intensidad máxima del espectro CMO/S-300 es menor que la del CMO, y el espaciado correspondiente a algunos picos se desplaza del CMO. Estos datos ilustran los cambios estructurales en la superficie del CMO/S-300 después de la reducción de azufre y la formación de defectos de oxígeno.

[Espectro de respuesta de giro electrónico]

La resonancia de espín electrónico, también conocida como respuesta de resonancia paramagnética (EPR), es una transición de resonancia entre niveles de energía magnética que ocurre en un campo magnético constante en una muestra bajo la acción de un campo electromagnético de radiofrecuencia. Cuando se aplica una onda electromagnética de frecuencia ν en una dirección perpendicular al campo magnético externo B, la energía obtenida por el electrón libre del material es hν. Cuando la relación entre ν y B satisface hν = gμB, se produce una transición de nivel magnético, correspondiente a un pico de absorción que aparece en el EPR. El valor de g está determinado por el entorno químico en el que se encuentran los electrones no apareados. Diferentes compuestos tienen diferentes valores de g.

Un estudio reciente de Advanced Functional Material informó el uso de la tecnología EPR para estudiar el compuesto MoS2-Mxene de fase 1T-2H que contiene defectos de azufre como material de electrodo para baterías de litio-azufre (Adv. Funct. Mater. 2018, 1707578). Los investigadores sintetizaron un compuesto con 1T-2H fase MoS2 y MXene. Al reducir el gas amoniaco, se obtuvieron materiales con diferentes grados de defectos de azufre y se caracterizaron sus estructuras. Al utilizar el análisis de prueba EPR, se descubrió que los materiales con diferentes tiempos de tratamiento de amoníaco contenían una cierta cantidad de defectos de azufre, que corresponden a un pico de absorción con un valor de ag de 2.0. Además, a medida que se prolongaba el tiempo de tratamiento con amoníaco, el pico del defecto de azufre gradualmente se hizo más fuerte y más ancho, lo que demostró que los defectos en el material aumentaron gradualmente con el tratamiento del gas amoniaco. La presencia de una gran cantidad de vacantes de azufre hace que el material tenga una carga positiva localmente, lo que aumenta la adsorción de aniones de polisulfuro y logra una inhibición eficiente del polisulfuro.

【resumen】

En los últimos años, la investigación sobre defectos de defectos en los materiales se ha convertido en un tema muy candente. Sin embargo, la mayor parte de la investigación aún se encuentra en la etapa de comprensión de los defectos. Por esta razón, como científicos de materiales, debemos conocer el mundo y cambiar el mundo. En el proceso de investigación, no solo debemos reconocer el mundo microscópico de los defectos, sino también mejorar y controlar los defectos mediante ciertos métodos sintéticos o preparativos. Las flores caídas no son cosas sin corazón, en Chunni más cuadrilátero. Los defectos que parecen reducir el rendimiento del material no solo no tienen un impacto negativo en el material en sí mismo después del diseño direccional, sino que brindan a los investigadores la posibilidad de optimizar el material desde el nivel atómico, para que el material del electrodo tenga un mejor rendimiento como un todo. Amplíe su amplia aplicación en almacenamiento de energía y otras nanociencias e ingeniería de materiales.