Livet i nanofältet är snabbt och har bara blivit snabbare när det gäller kunskap om grundläggande mekanismer som arbetar på nanoskala-där processer drivs av en dans av partiklar som atomer och joner en miljarddels meter i storlek.
Främja nanoskala förståelse, ett team av kinesiska forskare har utvecklat en visualiseringsteknik baserad på in situ transmission elektronmikroskopi (TEM) som erbjuder ny och kraftfull funktionalitet. Det korrelerar direkt atomstrukturen med fysikaliska och kemiska egenskaper.
Forskarna förklarar hur deras upptäckt är viktigt för design och tillverkning av nästa generations tekniska enheter den här veckan i tidningen Tillämpad fysikbokstäver . Detta arbete har potentiella tillämpningar som sträcker sig från smarta fönster baserade på elektrokrom teknik som ändrar färg när ett elektriskt fält appliceras på en fönsteryta, att ändra dess opacitet som svar på spänning, till nya enheter för hantering av energi, information och miljö.
Forskaren Xuedong Bai, Ph.D., från Pekings nationella laboratorium för kondenserad materiefysik och Institute of Physics, Kinesiska vetenskapsakademien, och Collaborative Innovation Center of Quantum Matter, leder ett team som också samarbetar med International Center for Quantum Materials, Skolan för fysik, Peking universitet.
"För närvarande, atommekanismen för nya energianordningar, information och miljöapplikationer är en viktig fråga, "sa Bai." Realtidsavbildning av atomprocesser i fysiska och kemiska fenomen är uppgiften för in situ TEM-tekniken. Ett mål med vår forskning är att förstå de grundläggande principerna för de tillgängliga enheterna från atomskala, en annan är att utforska de revolutionära enheterna baserade på in situ TEM -avbildning av atomprocesserna. "
I Nobelprisvinnande TEM-teknik, en elektronstråle - istället för en ljusstråle som används i traditionella mikroskop - överförs genom ett metallprov som studeras. På grund av elektronernas mindre våglängder, TEM -tekniken erbjuder utredare mycket högre upplösning så att de kan se mer detaljer än vad som är möjligt med ett ljusmikroskop.
Bai betonar att förhållandet mellan struktur och egendom är ett grundläggande intresse för materialvetenskap. Dock, en begränsning för att undersöka detta förhållande är att strukturkarakteriseringen och fastighetsmätningarna vanligtvis utförs separat, med konventionella metoder, speciellt för nanoskala material. Deras nya drag involverade att kombinera dessa steg.
"Under de senaste 15 åren har vårt arbete har varit inriktat på konstruktion och tillämpningar av in situ transmission elektronmikroskopi (TEM) teknik, så egenskaperna på nanoskala under olika fysiska stimuli, inklusive elektriska och optiska, har studerats inuti TEM, "Sa Bai.
Särskilt, laget fokuserade på ett av de mest använda elektrokemiska materialen, volframoxid, och en kritisk fasövergång av dess produktion. Med sin strömlinjeformade TEM -teknik inuti en elektrokemisk cell, deras mikroskopiska, dynamiska observationer avslöjade detaljerade mekanismer i realtid involverade i bildandet och utvecklingen av elektrokemiska volframoxid-nanotrådar som har många tillämpningar inom industrin.
En av de mest intressanta aspekterna av deras undersökning var att undersöka jonelektromigrationsprocesserna och deras inducerade dynamiska strukturomvandling. De fann att dessa är nära besläktade med den elektrokemiska prestandan, och fick insikt i den breda potentialen för in situ TEM -bildundersökningar.
"Nya egenskaper och viktiga vetenskapliga problem kan avslöjas genom in situ TEM -avbildning, till exempel, den elektriskt drivna redoxprocessen, ockupationsplats för litiumatomer vid drift av litiumjonbatterier, och massöverföringen i den elektromekaniska reaktionscellen, kan alla dra nytta av in situ TEM -avbildning, "Sa Bai.
För deras nästa steg, forskarna utökar in situ TEM atomic scale imaging teknik för att kombinera den med ultrasnabb optisk spektroskopi. Med denna förlängning, högupplöst avbildning i både rum och tid kommer att vara möjligt.
