• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  • Krombindningsvinklar låter syre röra sig snabbt

    Scanningstransmissionselektronmikrofotografi (vänster) och strukturell modell (höger) för en beställd, nanostrukturerad, romboedrisk fas, SrCrO2.8 som visar SrO2-plan med syrebrist, som möjliggör lätt diffusion av syreanjon vid låg temperatur. Ljusare sfärer är strontiumjoner; mindre ljusa sfärer är kromjoner. Syreanjoner är knappt synliga, och syrevakanser visas som svarta.

    Genom att dra fördel av kromatomernas naturliga tendens att undvika vissa bindningsmiljöer, forskare vid DOE:s Pacific Northwest National Laboratory har skapat ett material som tillåter syre att röra sig genom det mycket effektivt, och vid relativt låga temperaturer. Specifikt, de fann att deras försök att göra metallisk SrCrO 3 leder istället till bildningen av halvledande SrCrO 2.8 . Eftersom krom som en jon med en laddning på +4 inte gillar att bilda 90º bindningar med syre, som det måste i SrCrO 3 , SrCrO 2.8 bildas istället med en helt annan kristallstruktur. Detta material innehåller syrebristplan genom vilka syre kan diffundera mycket lätt.

    "Om syrevakans finns i tillräckligt höga koncentrationer, de kan aggregera och bilda nya ordnade strukturer, "sa materialexperten Dr. Scott Chambers, PNNL Laboratory Fellow som ledde forskningen. "Dessa ordnade strukturer kan ha egenskaper som inte observeras i den värdskapande romanen, mesoskala kristaller."

    Som en nation, vi letar alltid efter att skapa nya och förbättrade enheter. Än, gränserna för vad som kan uppnås med konventionella material, som kiselbaserad elektronik, är tydligt vid horisonten. Detta arbete representerar en viktig vetenskaplig framsteg som är relevant för att öka effektiviteten hos fastoxidbränsleceller, som kräver oxider som kan absorbera och överföra syreanjoner vid låg temperatur.

    "Som en extra fördel, ordnade uppsättningar av syrevakanser kan möjliggöra rumslig separation av elektroniska och vibrationsgrader av frihet, sade Chambers. "Den här egenskapen skulle vara användbar i, till exempel, öka prestandan hos termoelektriska komponenter."

    Genom att använda en kombination av experimentella och teoretiska metoder, forskare vid PNNL gjorde ultrarena kristallina filmer och undersökte deras egenskaper. De använde molekylär strålepitaxi för att förbereda filmerna. För att karakterisera filmerna, de använde sveptransmissionselektronmikroskopi, elektronenergiförlustspektroskopi, Röntgendiffraktion, Röntgen och ultraviolett fotoemission, optisk absorption, och elektriska transporter. De använde första principmodellering för att bestämma strukturella transformationer och syrgasanjondiffusionskinetik.

    De fastställde att ackumuleringen av syrevakanser i den kubiska perovskiten SrCrO 3 (P-SCO) resulterar i bildandet av en beställd, nanostrukturerad, romboedrisk fas, SrCrO 2.8 (R-SCO). Den romboedriska versionen har helt andra elektroniska och optiska egenskaper jämfört med P-SCO.

    Teamet visade att R-SCO kan reversibelt oxideras till P-SCO under mild (500) o C) och lättkontrollerade experimentella förhållanden, och att R-SCO-strukturen ger upphov till mycket lättare syrejonkonduktivitet än vad P-SCO gör. Denna egenskap är oerhört viktig för bränslecellsteknologin med fast oxid, där syrereduktionsreaktionskinetik och oxidjonledningsförmåga i katoden för närvarande kräver höga temperaturer, runt 800 o C, vilket är ett betydande hinder för att förbättra den totala energieffektiviteten för bränsleceller.

    "Denna forskning kan hjälpa till att leta efter andra liknande strukturer med skräddarsydda egenskaper, " sa Dr Peter Sushko, en vetenskapsman som gjorde den teoretiska modelleringen och leder Materials Science Group vid PNNL.

    På kort sikt, teamet planerar att tillämpa den förståelse som uppnåtts på deponeringen, karakterisering, och förståelse för epitaxiell strontiumdopad lantankromit. Detta material är av potentiell betydelse vid skörd av synligt ljus och, baserat på preliminära mätningar vid PNNL, kan vara en transparent ledande oxid av p-typ. I längden, teamet planerar att utnyttja det observerade fenomenet för att utföra nanotillverkning av nya heterogena katalytiska strukturer genom att deponera submonolagerkvantiteter av katalytiskt viktiga metaller på ytan av R-SCO, och att använda skärningspunkten mellan de defekta planen och den fria ytan för att ordna de inkommande metallatomerna till nanotrådar.


    © Vetenskap http://sv.scienceaq.com