Atomi kerrallaan

Yhä tarkemmat tutkimuslaitteistot ja –tavat tuovat elektroniikankin käyttämistä materiaaleista yhä tarkempia yksityiskohtia.

Lawrence Berkeley National Laboratoryn resoluutioltaan atomitason skannaustransmission elektronimikroskopiakuvat ja elektronin diffraktiokuvio, jotka on järjestetty akun esitykseen, osoittavat, kuinka litiumpitoisten ja mangaanipitoisten siirtymämetallioksidien rakenne, jota käytetään akkukatodien sisällä, muuttuu koostumuksesta riippuen. Kuvat osoittavat myös, kuinka katodin pinnalla on eri rakenne kuin sisätiloissa.

"Suurnopeuksisten elektronikameroiden käyttöönotto antaa meille mahdollisuuden purkaa atomitason informaatiota erittäin suurilta näyteulottuvuuksilta ja 4D-STEM-kokeilut tarkoittavat sitä, että enää ei tarvitse tehdä kompromisseja pienimmistä ominaisuuksista, joita pystymme selvittämään tutkittavasta kentästä - voimme analysoida kokonaisen hiukkasen atomirakennetta kerralla," toteaa tutkija Colin Ophus.

SLAC National Accelerator Laboratoryn tutkimuksissa on puolestaan havaittu, että auringonvalo aiheuttaa suuria muutoksia taustalla olevaan atomien verkkoon, joka muodostaa perovskiittejä, mikä on lupaava materiaali aurinkokennoille.

Ennen kuin siihen osuu valoa, kuusi jodiatomia lepää lyijyatomin ympärillä. Kymmenesosa biljoonasosa sekuntia valon osuman jälkeen, jodiatomit pyörähtävät jokaisen lyijyatomin ympärillä. Nämä ensimmäiset atomin askeleet vääristävät rakennetta ja aiheuttavat pitkäikäisiä muutoksia, jotka ovat samanlaisia kokonsa suhteen kuin sulavissa kiteissä. Lisäksi atomien liikkeet muuttavat sähkön siirtymistä ja voivat auttaa selittämään aurinkokennojen perovskiittien tehokkuutta.

Tutkijat ovat myös pitkään pyrkineet muuttamaan haitallista CO2:ta erittäin energiseksi CO:ksi, mutta se onnistuu vain kalliiden jalometallien avulla.

Se onnistuu jossain määrin myös nikkelillä mutta nyt Brookhaven National Laboratoryssä on tehty löytö, jossa nikkelin yksittäiset atomit tuottavat erilaisen tuloksen.

Tutkijoiden mukaan yksittäiset atomit tuottavat mieluummin CO:ta koska perusnikkelin pinta on hyvin erilainen kuin yksittäisien atomien. Metallin pinnalla on yksi yhtenäinen energiapotentiaali. Sen sijaan yksittäisillä atomeilla, jokainen kohta pintaa omaa erilaisen energian.

Yksittäisten atomeiden ainutlaatuisten energioiden lisäksi CO2- konversioreaktiota helpotti nikkeliatomien vuorovaikutus ympäröivän grafeenin kanssa. Ankkuroida atomit grafeeniin mahdollisti tutkijoiden virittää katalyysiä ja vaimentaa kilpailevaa vedyntuottoprosessia (HER).