Andelen palladiumhydrider i metastabil fas (HCP) som genererades berodde på palladiumkoncentrationen i den vattenhaltiga palladiumlösningen och elektronstrålens intensitet och innehåll av väte i den metastabila fasen. Andelen palladiumhydrider i metastabil fas (HCP) som genererades berodde på palladiumkoncentrationen i den vattenhaltiga palladiumlösningen och elektronstrålens intensitet och innehåll av väte i den metastabila fasen. Kredit:Korea Institute of Science and Technology
I likhet med det utbredda intresset för grafit och diamant, finns det ett växande intresse för metastabila faser, som har andra fysikaliska egenskaper än stabila faser. Processer för att tillverka material i metastabil fas är emellertid mycket begränsade. Nya rön har publicerats i det senaste numret av Nature om utvecklingen av en ny metastabil-fas syntesmetod, som drastiskt kan förbättra de fysikaliska egenskaperna hos olika material.
En forskargrupp ledd av Dr Chun, Dong Won vid Clean Energy Research Division, Korea Institute of Science and Technology (KIST; President:Yoon, Seok Jin), meddelade att de framgångsrikt utvecklat en ny avancerad palladiumhydrid i metastabil fas (PdHx) ) material. Dessutom identifierade de dess tillväxtmekanism.
Ett material i metastabil fas har mer termodynamisk energi än det i den stabila fasen men kräver avsevärd energi för att uppnå den stabila fasen, till skillnad från de flesta andra material, som finns i den stabila fasen med låg termodynamisk energi. Forskargruppen syntetiserade direkt en metallhydrid genom att odla ett material som kan lagra väte under en lämplig väteatmosfär, utan att sprida väte i en metall. Noterbart utvecklade de framgångsrikt en metallhydrid i metastabil fas med en ny kristallstruktur. Vidare bekräftade de att det utvecklade materialet i metastabil fas hade god termisk stabilitet och dubbelt så mycket vätelagringskapacitet som ett material i stabil fas.
Realtidsanalys av tillväxtprocessen för metastabila palladiumhydridnanopartiklar i en flytande fas genom transmissionselektronmikroskopi. Kredit:Korea Institute of Science and Technology
För att belysa den teoretiska grunden och vetenskapliga bevisen för dessa fynd använde forskargruppen atomelektrontomografi, som rekonstituerar 3D-bilder från 2D-elektronmikroskopbilder för nanometerstora kristaller i ett metallhydrat, för analys. Som ett resultat visade de att den metastabila fasen var termodynamiskt stabil, identifierade 3D-strukturen av kristaller i metastabil fas och föreslog en ny tillväxtmekanism för nanopartiklar som kallas "flerstegskristallisation". Denna studie har betydelse eftersom den avslöjar ett nytt paradigm inom metastabil-fas-baserad materialutveckling när den mesta forskningen är inriktad på att utveckla stabil-fas material.
3D-atomstruktur av metastabila palladiumhydridnanopartiklar som identifieras med atomelektrontomografi och ett schema över nanopartikeltillväxtprocessen i metastabil fas. Kredit:Korea Institute of Science and Technology
Dr Chun sa:"Dessa studieresultat ger en viktig process för att erhålla källteknologi i utvecklingen av avancerade legeringsmaterial som innehåller lätta atomer. En ytterligare studie förväntas avslöja ett nytt paradigm i utvecklingen av metastabil fas-baserad miljövänlig energimaterial som kan lagra väte och litium.I likhet med Czochralski-metoden (CZ) som används för att framställa enkristallkisel, ett nyckelmaterial i dagens halvledarindustri, kommer det att vara en källteknik med stor potential som kommer att bidra till avancerad materialutveckling." + Utforska vidare
