Chrom -bindingsvinkler lader ilt bevæge sig hurtigt

Ved at drage fordel af chromatomernes naturlige tendens til at undgå bestemte bindingsmiljøer, forskere ved DOE's Pacific Northwest National Laboratory har genereret et materiale, der lader ilt bevæge sig meget effektivt igennem det, og ved relativt lave temperaturer. Specifikt, de fandt ud af, at deres forsøg på at lave metallisk SrCrO ₃ føre i stedet til dannelsen af ​​halvledende SrCrO _2.8 . Fordi krom som en ion med en ladning på +4 ikke kan lide at danne 90º bindinger med oxygen, som det skal i SrCrO ₃ , SrCrO _2.8 dannes i stedet med en helt anden krystalstruktur. Dette materiale indeholder iltmangelige fly, hvorigennem ilt meget let kan diffundere.

"Hvis der er tilstrækkelige iltpladser i tilstrækkeligt høje koncentrationer, de kan aggregere og danne nye ordnede strukturer, "sagde materialeekspert Dr. Scott Chambers, PNNL Laboratory Fellow, der ledede forskningen. "Disse ordnede strukturer kan have egenskaber, der ikke observeres i den værtsskabende roman, mesoskala krystaller. "

Som en nation, vi søger altid at skabe nye og forbedrede enheder. Endnu, grænserne for, hvad der kan opnås med konventionelle materialer, såsom siliciumbaseret elektronik, er klart i horisonten. Dette arbejde repræsenterer et vigtigt videnskabeligt fremskridt, der er relevant for at øge effektiviteten af ​​fastoxidbrændselsceller, som kræver oxider, der er i stand til at absorbere og transmittere oxygenanioner ved lav temperatur.

"Som en ekstra fordel, bestilte arrays af ilt -ledige stillinger kan muliggøre rumlig adskillelse af elektroniske og vibrationsfrie frihedsgrader, " sagde Chambers. "Denne ejendom ville være nyttig i, for eksempel, at øge ydeevnen af ​​termoelektrisk."

Ved hjælp af en kombination af eksperimentelle og teoretiske metoder, forskere ved PNNL lavede ultrarene krystallinske film og undersøgte deres egenskaber. De brugte molekylær stråle epitaxy til at forberede filmene. For at karakterisere filmene, de brugte scanning transmission elektronmikroskopi, elektron energitab spektroskopi, Røntgendiffraktion, røntgen og ultraviolet fotoemission, optisk absorption, og elektrisk transport. De brugte første-princippet modellering til at bestemme de strukturelle transformationer og oxygen anion diffusion kinetik.

De fastslog, at akkumulering af ilt ledige pladser i den kubiske perovskit SrCrO ₃ (P-SCO) resulterer i dannelsen af ​​en ordnet, nanostruktureret, romboedrisk fase, SrCrO _2.8 (R-SCO). Den romboedriske version har helt andre elektroniske og optiske egenskaber sammenlignet med P-SCO.

Holdet demonstrerede, at R-SCO kan reversibelt oxideres til P-SCO under mild (500) ^o C) og let kontrollerede forsøgsbetingelser, og at R-SCO-strukturen giver anledning til meget mere let iltionledningsevne end P-SCO. Denne egenskab er overordentlig vigtig for fastoxidbrændselscelleteknologi, hvor iltreduktionsreaktionskinetik og oxidionskonduktivitet i katoden i øjeblikket kræver høje temperaturer, omkring 800 ^o C, hvilket er en væsentlig hindring for at forbedre brændselscellers samlede energieffektivitet.

"Denne forskning kan hjælpe i søgen efter andre lignende strukturer med skræddersyede egenskaber, " sagde Dr. Peter Sushko, en videnskabsmand, der lavede den teoretiske modellering og leder Materials Science Group på PNNL.

På kort sigt, holdet planlægger at anvende den opnåede forståelse på deponeringen, karakterisering, og forståelse af epitaksial strontium-doteret lanthanchromit. Dette materiale er af potentiel betydning ved høst af synligt lys og, baseret på foreløbige målinger hos PNNL, kan være et transparent ledende oxid af p-typen. På lang sigt, holdet planlægger at udnytte det observerede fænomen til at udføre nanofabrikation af nye heterogene katalytiske strukturer ved at afsætte submonolagsmængder af katalytisk vigtige metaller på overfladen af ​​R-SCO, og ved at bruge skæringen af ​​de defekte planer med den frie overflade til at ordne de indkommende metalatomer i nanotråde.