최근의 연구에서 결함 공학을 결합하여 재료 특성의 설계 및 규제는 현재 연구 핫스팟입니다. 전이 금속 산화물, 황화물 및 기타 재료에서 결함의 존재는 전자 구조 및 화학적 특성을 크게 변화시켜 에너지 저장 및 변환 분야에서 광범위하게 적용 할 수 있습니다. 예를 들어, 배터리 재료의 구조 설계에서, 결함의 정량적 도입은 재료의 전기 전도성을 개선하고,보다 활성적인 부위를 제공하며, 리튬 화 동안 재료의 상 전이를 개선하여 우수한 전기 화학적 성능을 달성 할 수있다. 이를 위해 재료의 결함을 관찰하고 특성화함으로써 원자 수준에서 재료의 구조와 속성의 관계를 연구함으로써 에너지 저장 재료의 연구 분야에 새로운 문을 열 수 있습니다. 더 이상 HRTEM, XPS, EELS 및 기타 기술을 사용하여 재료의 결함을 특성화하는 것은 드물지 않지만, 이러한 기법은 재료 표면의 국소 영역에 대한 연구로만 제한 될 수 있습니다. 재료의 전반적인 결함. 또한, 이러한 기술은 재료의 표면 결함에 대한 반 정량 분석 만 지원할 수 있지만, 더 두꺼운 샘플의 경우 "리지의 피크에 수평이고 깊이는 다릅니다." 특히 내부 결함과 표면이 다른 샘플의 경우 훨씬 강력합니다. 저자는 2018 년 재료 결함 공학 연구 분야에서 재료의 거시적 관점에서 결함 구조와 내용을 특성화하기위한 몇 가지 고급 결함 특성 분석 방법을 작성하고 다음을 분석했습니다. 불완전한 경우 추가를 환영합니다.
[양전자 소멸 스펙트럼]
양전자 소멸 수명 스펙트럼 (PILS)이라고도하는 양전자 소멸 스펙트럼은 원자 수준에서 재료의 특성을 연구하는 재료에 대한 새로운 비파괴 검사 기술입니다. 이 기술은 일반적으로 고체 물질에서 결함 및 공석의 존재를 감지하는 데 사용됩니다. 이 검출 기술의 원리는 양전자가 전자와 상호 작용할 때 소멸을 사용하여 소멸 중에 감마선을 방출하는 이완 시간을 감지하는 것입니다. 이완 시간의 길이는 재료의 공극 크기, 즉 공석의 크기에 따라 달라집니다. 담금질의 이완 시간에 기초한 재료의 원자 수준 결함에 대한 간접적 인 판단은 에너지 저장 재료의 결함 설계 및 특성화에서 기술이 큰 역할을하도록한다.
팔라듐-도핑 된 몰리브덴 이황화물 물질에 대한 최근의 연구는 Nature Communications 기사 (NAT. COMMUN., 2018, 9, 2120)에서보고되었다. 이 기술은 그림과 같이 도핑 후 생성 된 결함을 특성화하는 데 사용되었습니다. 연구원들은 MoS2 물질이 1% 팔라듐으로 도핑 된 후, 격자 결함의 이완 시간 (τ1) 및 공실 결함의 이완 시간 (τ2)이 상당히 연장되었다는 것을 발견했다. 여기서 τ1은 183.6s에서 206.2s로 연장되고 τ2는 355.5s에서 384.6s로 연장됩니다. 이러한 완화 시간의 증가는 결함 차원의 증가를 나타낸다. 또한, 이완 시간의 강도가 또한 향상되며, 이는 도핑 후 재료의 결함 함량이 도핑되지 않은 이황화 몰리브덴 재료의 결함 함량보다 상당히 높다는 것을 의미한다.

[확장 된 X- 선 흡수 미세 구조 스펙트럼]
확장 된 X- 선 흡수 미세 구조 (XANES)는 샘플의 X- 선 조사에 의해 방출 된 형광 또는 광전자에 의해 생성 된 연장 된 X- 선 흡수 현상에 의해 물질의 원자 주위의 화학적 환경의 분석이다. 확장 된 X 선 흡수 현상은 근거리 정렬 기능에 의해 결정됩니다. 구조 스펙트럼으로부터, 흡수 원자의 인접 원자의 유형, 거리 및 배위 수와 같은 데이터를 얻을 수있다. 결함의 양은 인접한 배위 원자의 거리 및 피크의 강도의 이동을 관찰함으로써 정 성적으로 결정될 수있다.
최근 Advanced Energy Material의 연구 기사는 전극 물질로서 CaMnO3의 결함을 연구하기 위해 XANES 기술을 사용한다고보고했습니다 (Adv. Energy Mater. 2018, 1800612). 연구원들은 XAS와 XANES 스펙트럼을 사용하여 재료의 산소 결함을 분석했습니다. XANES 스펙트럼에서 CMO / S-300의 피크 강도가 CMO의 피크 강도보다 현저히 낮아서 황 환원 후 물질의 원자가 상태가 감소 함을 알 수 있습니다. 푸리에 변환 후의 맵에서, CMO / S-300 스펙트럼의 피크 강도는 CMO의 피크 강도보다 낮으며, 일부 피크에 해당하는 간격이 CMO의 간격과 어긋남을 알 수있다. 이 데이터는 황 감소 및 산소 결함 형성 후 CMO / S-300 표면의 구조적 변화를 보여줍니다.

[전자 스핀 응답 스펙트럼]
전자기 공명 (EPR)으로도 알려진 전자 스핀 공명은 고주파 전자기장의 작용하에 샘플에서 일정한 자기장에서 발생하는 자기 에너지 레벨 사이의 공명 전이입니다. 주파수 ν의 전자파가 외부 자기장 B에 수직 인 방향으로인가 될 때, 재료의 자유 전자에 의해 얻어진 에너지는 hν이다. ν와 B의 관계가 hν = gμB를 만족할 때, EPR에 나타나는 흡수 피크에 대응하는 자기 레벨 전이가 발생한다. g의 값은 짝을 이루지 않은 전자가 위치한 화학 환경에 의해 결정됩니다. 상이한 화합물은 상이한 g 값을 갖는다.
Advanced Functional Material의 최근 연구에 따르면 황 결함을 포함하는 1T-2H 상 MoS2-Mxene 복합 재료를 리튬 황 배터리의 전극 재료로 연구하기 위해 EPR 기술을 사용한다고보고되었습니다 (Adv. Funct. Mater. 2018, 1707578). 연구원들은 1T-2H 상 MoS2와 MXene으로 합성물을 합성했습니다. 암모니아 가스를 감소시킴으로써, 상이한 정도의 황 결함을 갖는 재료가 얻어지고 그 구조가 특성화되었다. EPR 시험 분석을 사용하여, 암모니아 처리 시간이 다른 물질은 ag 값이 2.0 인 흡수 피크에 상응하는 일정량의 황 결함을 함유하는 것으로 밝혀졌다. 또한, 암모니아 처리 시간이 길어짐에 따라 황 결함 피크가 점차 강해지고 넓어짐에 따라 암모니아 가스 처리에 따라 재료의 결함이 점차 증가 함을 알 수 있었다. 많은 수의 황 공극의 존재는 물질이 국소 적으로 양전하를 갖도록하여 폴리 설파이드 음이온의 흡착을 증가시키고 효율적인 폴리 설파이드 억제를 달성한다.
【요약】
최근에는 재료의 결함 결함에 대한 연구가 매우 화제가되고 있습니다. 그러나 대부분의 연구는 여전히 결함을 이해하는 단계에 있습니다. 이런 이유로 물질 과학자로서 세상을 알고 세상을 바꿔야합니다. 연구 과정에서 우리는 미세한 결함의 세계를 인식 할뿐만 아니라 특정 합성 또는 분취 방법으로 결함을 개선하고 통제해야합니다. 타락한 꽃은 무의미한 것이 아니며 Chunni에 더 사각형입니다. 재료의 성능을 저하시키는 것으로 보이는 결함은 방향성 설계 후 재료 자체에 부정적인 영향을 줄뿐만 아니라 원자 수준에서 재료를 최적화 할 수있는 가능성을 제공하여 전극 재료의 성능을 향상시킵니다. 전체적으로. 에너지 저장 및 기타 나노 과학 및 재료 공학 분야에서 폭넓게 응용할 수 있습니다.

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