Giver smarte materialer en IQ-test på SSRL

Anna Llordés, en kemiker ved Lawrence Berkeley National Laboratory's Molecular Foundry, leder efter enkle, billige måder at lave "smarte" materialer på, der sparer eller lagrer energi. En måde, hun og hendes kolleger gør dette på, er ved at kombinere metaloxider, der har ønskelige egenskaber.

Det, de ikke ved, er, hvordan disse materialer vil fungere i kombination:Vil det resulterende komposit beholde de ønskelige strukturer og egenskaber ved dets individuelle ingredienser? Vil ingredienserne påvirke hinanden – på godt eller ondt? Og hvordan kan hun fortælle, hvad der virkelig foregår?

Det er her Beam Line 11-3 ved SLACs Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL) kommer ind.

"11-3 er en virkelig vigtig strålelinje for os, når vi udvikler et nyt materiale, " sagde Llordés. "Det giver mulighed for en hurtig, men detaljeret evaluering af den krystallinske struktur af tynde film."

Tage, for eksempel, en af ​​deres seneste opdagelser:en ny type gennemsigtig smart film, der kan påføres en rude af vinduesglas for at kontrollere mængden af ​​sollys eller varme, der kommer ind i et rum, derved reducere elomkostningerne. Disse film har "elektrokromiske" egenskaber, hvilket betyder, at mængden af ​​sollys, de slipper igennem, kan ændres ved at påføre en spænding. Evnen til selektivt at filtrere forskellige bølgelængder af lys er en ny – og svært tilkæmpet – udvikling inden for det, der kaldes "smart window"-teknologi.

Llordés og hendes kolleger skabte netop denne film ved at kombinere nanokrystaller af tin-dopet indiumoxid (ITO), som absorberer infrarød energi, med niobiumoxidglas, som viser synligt lys.

Hvad var overraskende, hun sagde, var synergien mellem de to materialer. "Når ITO -nanokrystaller binder sig til det glasagtige niobiumoxid, du får bedre ejendomme, som du ville forvente, " sagde hun. Især niobiumoxidet er meget forbedret som vinduesbelægning – det er fem gange bedre til at blokere lys end niobiumoxid uden nanokrystaller. Ud over, kompositmaterialet står bedre op til gentagne on-off cyklusser.

Men hvorfor den store forbedring? Og hvilken nanokrystal-i-glas-opskrift resulterede i den bedste film?

At finde ud af, Llordés brugte en teknik kaldet græsning forekomst røntgendiffraktion ved Beam Line 11-3 til at studere strukturer af film, der var blevet behandlet ved temperaturer fra 400 ° C til 650 ° C. Hun opdagede, at filmen med de bedste kvaliteter danner mellem 400 ° C og 500 ° C.

Hun opdagede også, at filmen er en glasagtig matrix, der faktisk inkorporerer ITO nanokrystallerne i sin struktur, i stedet for blot at fange dem som urenheder. Glasmolekylerne binder sig til nanokrystallerne, ændrer glassets struktur og påvirker dets egenskaber. Det er dette bånd, der gør hele filmen så dramatisk bedre end summen af ​​dens dele.

"Arbejdet med 11-3 hjalp os med at bevise, at vi havde et meget unikt kompositmateriale, " sagde Llordés, og under hendes seneste tur til bjælkelinjen, hun undersøgte materialer, der er endnu lettere og mere energieffektive at producere.

Finder nyt, nyttige materialer, der er energieffektive at producere, er hendes drivende interesse, sagde Llordés, Beamline 11-3 hjælper hende med det.

Men SSRL har en anden betydning for den indfødte spanier, såvel.

"Da jeg først kom hertil for tre år siden, folkene på SSRL var meget hjælpsomme og imødekommende, "sagde hun." De forklarede, hvordan eksperimenterne køres, og de var altid åbne, sjov og klar til at tale videnskab.

"Jeg er altid glad, når jeg skal komme til SSRL."