Новости космоса и технологий. » Химия » Результатом сотрудничества стала новая модель проводимости керамики

Результатом сотрудничества стала новая модель проводимости керамики

Опубликовал: Admin, 24-10-2020, 01:01, Химия, 51, 0

Результатом сотрудничества стала новая модель проводимости керамики

В качестве изоляторов оксиды металлов, также известные как керамика, могут не показаться очевидными кандидатами на электропроводность. В то время как в обычных металлах электроны движутся туда-сюда, в керамических материалах их движение медленное и трудно обнаружить.

междисциплинарное сотрудничество под руководством Ричарда Робинсона обновили «модель прыжков малых поляронов», чтобы отразить различные пути проводимости в керамике. Их работа поможет исследователям, которые настраивают свойства оксиды металлов в таких технологиях, как литий-ионные батареи, топливные элементы и электрокатализ.

Но керамика действительно имеет широкий диапазон проводимости. Такое поведение было изложено в 1961 году в «модели малых прыжков поляронов», которая описывала движение поляронов - по сути, электронов, связанных с искажением решетки - от одного конца материала к другому.

Междисциплинарное сотрудничество под руководством Ричарда Робинсона, доцента материаловедения и инженерии инженерного колледжа, показало, насколько устаревшая и неточная эта модель, особенно в отношении комплекса оксид системы. Обновляя модель, чтобы отразить различные пути проводимости, команда надеется, что ее работа поможет исследователям, которые настраивают свойства оксидов металлов в таких технологиях, как литий-ионные батареи, топливные элементы и электрокатализ.

Их статья «Разрушение модели прыжков малых поляронов в шпинелях высшего порядка» опубликована 21 октября в Дополнительные материалы . Ведущий автор - докторант Анудж Бхаргава.

«Это наиболее часто используемая формула в этой области, но ее не трогали 60 лет. Это большое дело, потому что в настоящее время оксиды металлов используются во многих областях, где на производительность напрямую влияет проводимость - например, в Энергетических системах Таких как хранение и генерация электроэнергии, электрокатализ, а также в материалах нового поколения », - сказал Робинсон. "Многие люди прилагают огромные экспериментальные усилия к оксидам прямо сейчас, но они не исследовали внимательно, как Носители заряда Перемещаются в материале и как состав влияет на эту проводимость.

Радикальное сотрудничество


проводятся, и мы могли бы настроить состав так, чтобы он имел наивысшую проводимость, мы могли бы оптимизировать энергоэффективность многих материалов », - сказал он.

Чтобы получить подробное представление о том, как движутся электроны в оксидах металлов Робинсон обратился к Дарреллу Шлому, профессору промышленной химии им. Герберта Фиска Джонсона, как их рабочие места могут повлиять на проводимость материала. Шлом и его команда использовали платформу для ускоренной реализации, анализа и исследования. набор интерфейсных материалов (PARADIM) и научно-технологический центр Cornell NanoScale (CNF) для выращивания и определения характеристик тонких кристаллических пленок оксида железа, легированного марганцем (MnxFe3-xO4).

Затем группа Робинсона использовала Корнельский высокоэнергетический синхротронный источник (ШАХМАТЫ), чтобы определить расположение атомов и состояние заряда положительно заряженных ионов, называемых катионами, и измерить, как электропроводность материала изменяется при различных температурах.

Они принесли материал Лене Куркутис, доценту прикладных наук и инженерная физика , который использовал передовую электронную микроскопию, чтобы получить атомарно точное представление о подложке кристалла и градиентах состава, и подтвердил выводы команды.

Наконец, команда Робинсона проконсультировалась с исследователями из Техниона - Израильского технологического института, которые использовали вычислительные методы, чтобы объяснить, как поляроны по-разному скачут в материалах, в зависимости от энергетических барьеров и состояний окисления. Их результаты выявили существование больших энергетических барьеров, связанных с «переключением» путей проводимости между двумя разными катионами, и это обеспечило решающий финальный элемент, необходимый для создания новой формулы.

«Это новое открытие дает нам представление о том, что было упущено из виду. Вместо Эдисонианского подхода, основанного на проб и ошибок, когда мы просто производим и тестируем множество новых материалов, теперь мы можем применить более систематический подход к выяснению того, почему материалы ведут себя иначе, особенно на этом действительно важном уровне, а именно на электронной проводимости », - сказал Робинсон. «Важные процессы в энергетических материалах включают проводимость, электроны входят в материал и выходят из него. Поэтому для любого применения с оксидами металлов важна проводимость».


Источник


У данной публикации еще нет комментариев. Хотите начать обсуждение?

Написать комментарий
Имя:*
E-Mail:
Введите код: *
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив


Поиск по сайту
Полезные ссылки
Оцените работу сайта

TEHNONEWS

Новости космоса технологий нанотехнологий физики и химии