Billedteknik afslører stammer og defekter i vanadiumoxid

Forskere ledet af Edwin Fohtung, en lektor i materialevidenskab og ingeniørvidenskab ved Rensselaer Polytechnic Institute, har udviklet en ny teknik til at afsløre defekter i nanostruktureret vanadiumoxid, et meget brugt overgangsmetal med mange potentielle anvendelser, herunder elektrokemiske anoder, optiske applikationer og superkondensatorer . I forskningen - som blev offentliggjort i en artikel i Royal Chemical Society-tidsskriftet CrystEngComm , og også vist på forsiden af ​​udgaven - holdet detaljerede en linseløs mikroskopiteknik til at fange individuelle defekter indlejret i vanadiumoxidnanoflager.

"Disse observationer kan hjælpe med at forklare oprindelsen af ​​defekter i struktur, krystallinitet eller sammensætningsgradienter observeret nær korngrænser i andre tyndfilm- eller flageteknologier," sagde Fohtung, en ekspert i nye synkrotronsprednings- og billeddannelsesteknikker. "Vi tror på, at vores arbejde har potentialet til at ændre, hvordan vi ser på væksten og ikke-destruktiv tredimensionel billeddannelse af nanomaterialer."

Vanadiumoxid bruges i dag inden for mange teknologiske områder, såsom energilagring, og kan også bruges til at konstruere felteffekttransistorer på grund af metalisolerende overgangsadfærd, der kan justeres med et elektrisk felt. Imidlertid kan belastning og defekter i materialet ændre dets funktionalitet, hvilket skaber behovet for ikke-destruktive teknikker til at opdage disse potentielle fejl.

Holdet udviklede en teknik baseret på kohærent røntgendiffraktionsbilleddannelse. Denne teknik er afhængig af en type cirkulær partikelaccelerator kendt som en synkrotron. Synkrotroner virker ved at accelerere elektroner gennem sekvenser af magneter, indtil de når næsten lysets hastighed. Disse hurtigt bevægende elektroner producerer meget stærkt intenst lys, overvejende i røntgenområdet. Dette synkrotronlys, som det hedder, er millioner af gange stærkere end lys produceret fra konventionelle kilder og 10 milliarder gange lysere end solen. Fohtung og hans elever har med succes brugt dette lys til at udvikle teknikker og fange småt stof som atomer og molekyler og nu defekter. Når den bruges til at sondere krystallinske materialer, er denne teknik kendt som Bragg coherent diffraction imaging (BCDI). I deres forskning brugte holdet en BCDI-tilgang til at afsløre nanoskalaegenskaber af elektrontætheder i krystaller, herunder belastnings- og gitterdefekter.

Fohtung arbejdede tæt sammen med Jian Shi, en Rensselaer lektor i materialevidenskab og teknik. De fik selskab af Zachary Barringer, Jie Jiang, Xiaowen Shi og Elijah Schold ved Rensselaer samt forskere ved Carnegie Mellon University i forskningen om "Imaging defekter i vanadium(III) oxid nanokrystaller ved hjælp af Bragg coherent diffractive imaging". + Udforsk yderligere

Big data-teknik afslører hidtil ukendte muligheder for almindelige materialer