Argonne的X射线成像捕获材料缺陷过程

2019年9月3日15:49:53Argonne的X射线成像捕获材料缺陷过程已关闭评论
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能源部(DOE)阿贡国家实验室的研究人员发现了一种新的方法,可以在原子尺度和近实时详细描述材料变化的形成,这是一个重要的步骤,可以帮助

能源部(DOE)阿贡国家实验室的研究人员发现了一种新的方法,可以在原子尺度和近实时详细描述材料变化的形成,这是一个重要的步骤,可以帮助设计更好,更强的新材料。

在1月16日发表在Nature Materials上的一项研究中,美国能源部科学用户设施办公室Argonne的Advanced Photon Source的研究人员发现,当金属暴露在氢气中时,他们已经捕获了钯中结构缺陷产生的图像。这种成像能力将帮助研究人员验证预测材料行为的模型,以及它们如何形成缺陷。

缺陷工程是有意在材料中创建缺陷以改变材料属性的做法。这些知识对于为建筑物,半导体,电池,技术设备和许多其他物品和工具设计更好,更强和更可靠的材料至关重要。

“缺陷工程的基础是你可以采取你已经知道的属性,并通过设置缺陷或缺陷来设计具有改进性能的东西,”该研究的作者之一Argonne学者Andrew Ulvestad说。“这种做法不仅适用于金属,也适用于任何具有晶体结构的材料,如太阳能电池和电池阴极中的材料。”

缺陷工程用于优化各个领域的材料设计,但最常见的是半导体的开发。半导体材料,如硅,用作电子元件;它们构成了我们大多数现代电子产品的基础,包括笔记本电脑和手机。

在称为“掺杂”的过程中,制造商通过添加杂质在这些材料中产生缺陷,以便为各种技术用途操纵它们的电性能。虽然制造商知道他们可以改变各种材料的属性以获得他们想要的属性,但是管理这些变化的过程并不总是很清楚。

为了增加对这些过程的理解,阿贡研究人员专注于纳米尺度上形成的缺陷。在这个非常小的水平上的缺陷,界面和波动可以在更大规模上提供对材料功能的关键洞察,例如其热,电子和机械性能。为了捕捉缺陷的形成,Argonne团队采用纳米结构的钯样品,并在高压下注入或注入氢气。与此同时,他们将样品暴露在Advanced Photon Source的强大X射线上。

在撞击钯晶体时,X射线散射,并且它们的分散图案被检测器捕获并用于计算钯结构内原子位置的变化。从本质上讲,这个过程使研究人员能够“看到”材料内的变形。

“在某些方面,我们获得了百万分之一的射击,因为晶体内部发生的缺陷并不总是由于过程的复杂性而发生,”该研究的另一位作者Argonne物理学家罗斯哈德说。