Applicazioni

Le batterie agli ioni di sodio (SIB) stanno attirando l'attenzione come alternativa economica alle batterie agli ioni di litio, grazie all'abbondante contenuto di sodio nella crosta terrestre (2,6% contro lo 0,0065% del litio). Ciononostante, le SIB presentano ancora una bassa densità energetica, evidenziando la necessità di materiali elettrodici ad alta capacità. Il carbonio duro è un ottimo candidato per gli anodi delle SIB grazie al suo basso potenziale di accumulo di sodio e all'elevata capacità. Tuttavia, fattori come la distribuzione dei microdomini di grafite, i pori chiusi e la concentrazione dei difetti influiscono significativamente sull'efficienza coulombiana iniziale (ICE) e sulla stabilità. Le strategie di modifica presentano dei limiti. Il drogaggio eteroatomico può aumentare la capacità ma ridurre l'ICE. La CVD tradizionale favorisce la formazione di pori chiusi, ma soffre di una lenta decomposizione del metano, di cicli lunghi e dell'accumulo di difetti. Il team del professor Yan Yu presso l'Università della scienza e della tecnologia della Cina (USTC) utilizzato il Microscopio elettronico a scansione (SEM) CIQTEK per studiare la morfologia di vari materiali carboniosi duri. Il team ha sviluppato un metodo di deposizione chimica da vapore (CVD) assistito da catalizzatore per promuovere la decomposizione del CH₄ e regolare la microstruttura del carbonio duro. I catalizzatori a base di metalli di transizione come Fe, Co e Ni hanno efficacemente abbassato la barriera energetica per la decomposizione del CH₄, migliorando così l'efficienza e riducendo i tempi di deposizione. Tuttavia, Co e Ni tendevano a causare un'eccessiva grafitizzazione del carbonio depositato, formando strutture allungate simili alla grafite sia in direzione laterale che in direzione dello spessore, ostacolando l'immagazzinamento e il trasporto degli ioni sodio. Al contrario, Fe facilitava un appropriato riarrangiamento del carbonio, dando luogo a una microstruttura ottimizzata con meno difetti e domini di grafite ben sviluppati. Questa ottimizzazione riduceva l'immagazzinamento irreversibile di sodio, migliorava l'efficienza coulombiana iniziale (ICE) e aumentava la disponibilità di siti di accumulo reversibili di Na⁺. Di conseguenza, il campione di carbonio duro ottimizzato (HC-2) ha raggiunto un'impressionante capacità reversibile di 457 mAh g⁻¹ e un elevato ICE del 90,6%. Inoltre, la diffrazione dei raggi X in situ (XRD) e la spettroscopia Raman in situ hanno confermato un meccanismo di accumulo del sodio basato su adsorbimento, intercalazione e riempimento dei pori. Lo studio è stato pubblicato su Materiali funzionali avanzati sotto il titolo: Ingegneria della deposizione chimica da vapore assistita da catalizzatore di carbonio duro con abbondanti pori chiusi per batterie agli ioni di sodio ad alte prestazioni. Come illustrato nella Figura 1a, il carbonio duro è stato sintetizzato tramite un metodo di deposizione chimica da vapore (CVD) assistito da catalizza...

Il team del Professor Lai Yuekun dell'Università di Fuzhou ha condotto una ricerca innovativa per rispondere all'urgente domanda di idrogel adesivi ad alta resistenza in settori come i sensori indossabili, la robotica morbida, l'ingegneria tissutale e le medicazioni per ferite. Attualmente, i materiali adesivi di interfaccia si trovano ad affrontare due importanti sfide tecniche: in primo luogo, la difficoltà nel raggiungere una commutazione rapida e reversibile tra stato adesivo e non adesivo; in secondo luogo, le scarse prestazioni di adesione in ambienti multi-liquido. Di recente, il team ha condotto studi approfonditi utilizzando il Microscopio elettronico a scansione CIQTEK . L'idrogel PANC/T è stato sintetizzato a partire da acrilammide (AAm), N-isopropilacrilammide (NIPAM), una soluzione micellare composta da sodio dodecil solfato/metil ottadecil metacrilato/cloruro di sodio (SDS/OMA/NaCl) e acido fosfotungstico (PTA). Le interazioni dinamiche tra le catene di PNIPAM e SDS hanno permesso l'adesione e la separazione su richiesta. Un'ulteriore immersione in soluzione di Fe³⁺ ha prodotto l'idrogel PANC/T-Fe, che raggiunge una forte adesione in diversi ambienti umidi. Ciò ha portato allo sviluppo di un idrogel adesivo di interfaccia intelligente con rapida reattività, in grado di garantire adesione e separazione controllate in diverse condizioni di umidità. La ricerca è stata pubblicata in Materiali funzionali avanzati con il titolo "Idrogel adesivi controllabili a temperatura mediata con straordinarie proprietà di adesione a umido basate su interazioni dinamiche tra catene". Sintesi e caratteristiche strutturali dell'idrogel adesivo controllabile L'idrogel PANC/T-Fe viene sintetizzato mediante copolimerizzazione di AAm idrofilo, NIPAM anfifilo e OMA idrofobo. Il PTA agisce da reticolante, formando legami a idrogeno con i gruppi amminici sulle catene polimeriche per stabilire una rete stabile. Il team ha scoperto che le interazioni tra NIPAM e SDS sono fondamentali per l'adesione termosensibile dell'idrogel. A temperature inferiori, l'SDS cristallizza e aderisce alle catene PNIPAM, impedendo ai gruppi funzionali adesivi di interagire con i substrati e riducendo l'adesione. All'aumentare della temperatura, i cristalli di SDS fondono, migliorando il contatto tra i gruppi adesivi e i substrati e aumentando significativamente l'adesione. Il PTA migliora l'adesione a temperature più elevate interagendo fisicamente con i gruppi amminici del polimero; questa interazione si indebolisce con il riscaldamento, ammorbidendo l'idrogel e generando più siti adesivi. La regolazione dinamica tra le catene polimeriche consente un'adesione reversibile e on-demand. Figura 1. Sintesi dell'idrogel e meccanismo di adesione umida reversibile. Meccanismo di regolazione della temperatura delle prestazioni di adesione Attraverso esperimenti comparativi, il team ha confermato che l'effetto sinergico di NIPAM e della soluzione micellare è fondamentale per l'adesione termo...

UNSmicroscopio elettronico a inscatolamento (SEM)è un potente microscopio che utilizza un fascio di elettroni ad alta energia per scansionare la superficie di un campione, catturando i segnali emessi o dispersi dagli elettroni per generare immagini ad alta risoluzione del campione superficie. Il SEM può ingrandire le immagini da migliaia a decine di migliaia di volte, rivelando un mondo microscopico impercettibile a occhio nudo. Sotto ilCIQTEKMicroscopio elettronico a scansione, possiamo osservare la struttura tessile fine dicellule della pelle di lucertola, Qualeconsente un esame visivo delle caratteristiche strutturali delle placche cristalline della pelle, come dimensioni, lunghezza e disposizione. Queste immagini non sono solo una festa per gli occhi, ma offrono anche indizi cruciali agli scienziati per interpretare le proprietà dei materiali, i meccanismi delle malattie e le funzioni dei tessuti biologici.Figure1. TuInfrastruttura di pelle di lucertola/30 kV/STEM Figure2. SEM3200/Chip ordinario 2/10 kV/ETD Idee sbagliate comuni su SEM: 1. Le immagini SEM sono nei colori reali? 2. Un ingrandimento maggiore è sempre migliore? Sebbene il microscopio elettronico a scansione (SEM) possa fornire ingrandimenti estremamente elevati, non tutte le ricerche richiedono il massimo ingrandimento. Un ingrandimento eccessivo, oltre la scala delle caratteristiche del campione, non solo aumenta i tempi di scansione, ma può anche portare a un aumento di informazioni irrilevanti. 3. Il SEM può vedere gli atomi? 4. Il SEM è adatto solo per campioni solidi e senza vita? 5. Le immagini SEM possono rappresentare completamente le condizioni reali di un campione? Le immagini SEM sono proiezioni bidimensionali ottenute da angolazioni e parametri specifici, che potrebbero non rivelare completamente la struttura tridimensionale e le reali condizioni del campione. Inoltre, il campione

La squadra del professor Yan Yu all'USTC ha utilizzato IL CIQTEK SinscatolamentoEelettroneMmicroscopio SEM3200 Per studiare la morfologia post-ciclaggio, è stato sviluppato carbonio amorfo con difetti controllabili come materiale candidato per uno strato di interfaccia artificiale che bilancia la potassiofilicità e l'attività catalitica. Il team di ricerca ha preparato una serie di materiali carboniosi con diversi gradi di difettosità (definiti come SC-X, dove X rappresenta la temperatura di carbonizzazione) regolando la temperatura di carbonizzazione. Lo studio ha rilevato che l'SC-800 con difetti eccessivi ha causato una sostanziale decomposizione dell'elettrolita, con conseguente formazione di un film SEI irregolare e riduzione del ciclo di vita. L'SC-2300, con il minor numero di difetti, presentava un'affinità insufficiente per il potassio e induceva facilmente la crescita dendritica del potassio. L'SC-1600, che possedeva uno strato di carbonio localmente ordinato, mostrava una struttura di difetti ottimizzata, raggiungendo il miglior equilibrio tra potassiofilicità e attività catalitica. Era in grado di regolare la decomposizione dell'elettrolita e formare un film SEI denso e uniforme. I risultati sperimentali hanno dimostrato che SC-1600@K ha mostrato una stabilità del ciclo a lungo termine fino a 2000 ore con una densità di corrente di 0,5 mA cm-2 e una capacità di 0,5 mAh cm-2Anche con densità di corrente più elevate (1 mA cm-2) e capacità (1 mAh cm-2), ha mantenuto eccellenti prestazioni elettrochimiche con cicli stabili superiori a 1300 ore. Nei test a cella intera, se abbinata a un elettrodo positivo PTCDA, ha mantenuto il 78% di ritenzione della capacità dopo 1500 cicli a una densità di corrente di 1 A/g, dimostrando un'eccezionale stabilità del ciclo. Questa ricerca, intitolataè stato pubblicato inMateriali avanzati.Figura 1:Vengono presentati i risultati dell'analisi microstrutturale di campioni di carbonio (SC-800, SC-1600 e SC-2300) preparati a diverse temperature di carbonizzazione. Attraverso tecniche come la diffrazione dei raggi X (XRD), la spettroscopia Raman, la spettroscopia fotoelettronica a raggi X (XPS) e la diffusione di raggi X ad ampio angolo (WAXS), sono stati analizzati la struttura cristallina, il livello di difettosità e il drogaggio con ossigeno e azoto di questi campioni. I risultati hanno mostrato che all'aumentare della temperatura di carbonizzazione, i difetti nei materiali di carbonio diminuivano gradualmente e la struttura cristallina diventava più ordinata. Figura 2:La distribuzione della densità di corrente durante la crescita del potassio metallico su diversi elettrodi negativi compositi è stata analizzata utilizzando una simulazione agli elementi finiti. I risultati della simulazione hanno mostrato che l'elettrodo composito SC-1600@K presentava una distribuzione di corrente uniforme durante la deposizione del potassio, contribuendo a inibire efficacemente la crescita dendritica. Inoltre, il modulo di Yo...

La diffrazione di retrodiffusione elettronica (EBSD) è una tecnica di microscopia ampiamente utilizzata nella scienza dei materiali. Analizza gli angoli e le differenze di fase degli elettroni retrodiffusi prodotti quando un campione interagisce con un fascio di elettroni ad alta energia per determinare caratteristiche chiave come la struttura cristallina e l'orientamento dei grani. Rispetto a una tecnica tradizionale,Sinscatolamento Electron Mmicroscopio (SEM), EBSD offre una risoluzione spaziale più elevata e può ottenere dati cristallografici a livello sub-micrometrico, offrendo dettagli senza precedenti per l'analisi delle microstrutture dei materiali. Caratteristiche della tecnica EBSD EBSD combina le capacità di microanalisi diMicroscopio elettronico a trasmissione (TEM) e le capacità di analisi statistica su vasta area della diffrazione dei raggi X. L'EBSD è noto per la sua analisi della struttura cristallina ad alta precisione, la rapida elaborazione dei dati, la semplicità del processo di preparazione del campione e la capacità di combinare le informazioni cristallografiche con la morfologia microstrutturale nella ricerca sulla scienza dei materiali. Un microscopio elettronico a scansione (SEM) dotato di un sistema EBSD non solo fornisce informazioni sulla micromorfologia e sulla composizione, ma consente anche l'analisi dell'orientamento microscopico, facilitando notevolmente il lavoro dei ricercatori. Applicazione dell'EBSD in SEM Componenti del sistema EBSD Per eseguire l'analisi EBSD, è necessario un set di apparecchiature comprendente unSmicroscopio elettronico per inscatolamento ed è richiesto un sistema EBSD. Il cuore del sistema è il microscopio elettronico a scansione (SEM), che produce un fascio di elettroni ad alta energia e lo focalizza sulla superficie del campione. La parte hardware del sistema EBSD include solitamente una telecamera CCD sensibile e un sistema di elaborazione delle immagini. La telecamera CCD viene utilizzata per catturare le immagini degli elettroni retrodiffusi, mentre il sistema di elaborazione delle immagini viene utilizzato per eseguire la media dei pattern e la sottrazione dello sfondo per estrarre pattern Kikuchi chiari. Funzionamento del rilevatore EBSD Ottenere pattern di Kikuchi EBSD al SEM è relativamente semplice. Il campione viene inclinato con un angolo elevato rispetto al fascio di elettroni incidente per amplificare il segnale retrodiffuso, che viene poi ricevuto da uno schermo fluorescente collegato a una telecamera CCD. L'EBSD può essere osservato direttamente o dopo l'amplificazione e la memorizzazione delle immagini. I software possono calibrare i pattern per ottenere informazioni cristallografiche. I moderni sistemi EBSD possono effettuare misurazioni ad alta velocità e possono essere utilizzati in combinazione con sonde per spettroscopia a raggi X a dispersione di energia (EDS) per eseguire analisi composizionali ottenendo rapidamente informazioni sull'orientamento del campione. Princi...

La tecnologia a fascio ionico focalizzato (FIB) è diventata parte integrante dei moderni progressi tecnologici, in particolare nella produzione di semiconduttori e nella nanofabbricazione. Sebbene la tecnologia FIB sia ben nota, la sua storia e il suo sviluppo non sono ampiamente noti.Fascio ionico focalizzato (FIB) è uno strumento di microtaglio che utilizza lenti elettromagnetiche per focalizzare un fascio di ioni in un'area molto piccola.La FIB prevede l'accelerazione di ioni da una sorgente ionica (la maggior parte delle FIB utilizza Ga, ma alcuni dispositivi hanno sorgenti di ioni He e Ne) e la successiva focalizzazione del fascio sulla superficie del campione.Microscopio elettronico a scansione a fascio ionico focalizzato (FIB-SEM) CIQTEK DB550 Origine della tecnologia FIB A partire dal XX secolo, la nanotecnologia si è rapidamente sviluppata come campo emergente nella scienza e nella tecnologia. Attualmente, la nanotecnologia rappresenta uno dei settori più all'avanguardia del progresso scientifico e tecnologico e ha implicazioni significative per lo sviluppo economico e sociale come strategia nazionale. Le nanostrutture possiedono proprietà uniche grazie alle loro unità strutturali che si avvicinano alla lunghezza di coerenza degli elettroni e alla lunghezza d'onda della luce, determinando effetti superficiali e interfacciali, effetti dimensionali ed effetti dimensionali quantistici. Presentano numerose caratteristiche innovative in elettronica, magnetismo, ottica e meccanica e possiedono un enorme potenziale nelle applicazioni di dispositivi ad alte prestazioni. Lo sviluppo di nuove strutture e dispositivi su scala nanometrica richiede il progresso di tecniche di micro-nanofabbricazione precise, multidimensionali e stabili. I processi di micro-nanofabbricazione sono estesi e comunemente coinvolgono tecniche come l'impianto ionico, la fotolitografia, l'incisione e la deposizione di film sottili. Negli ultimi anni, con la tendenza alla miniaturizzazione nei moderni processi di produzione, la tecnologia Focused Ion Beam (FIB) è stata sempre più applicata nella fabbricazione di micro-nanostrutture in vari campi, diventando una tecnica indispensabile e importante nella micro-nanofabbricazione.La tecnologia FIB è sviluppata sulla base dei sistemi convenzionali a fascio ionico e a fascio elettronico focalizzato, ed è essenzialmente identica. Rispetto ai fasci elettronici, la tecnologia FIB scansiona la superficie del campione utilizzando un fascio ionico generato da una sorgente ionica dopo accelerazione e focalizzazione. Poiché gli ioni hanno una massa molto maggiore degli elettroni, anche gli ioni più leggeri, come gli ioni H+, hanno una massa oltre 1800 volte superiore a quella degli elettroni. Ciò consente al fascio ionico non solo di ottenere capacità di imaging ed esposizione simili ai fasci elettronici, ma anche di utilizzare la massa elevata degli ioni per polverizzare atomi da superfici solide, rendendolo uno strumento di elaborazione ...

Creare un'immagine perfetta richiede una combinazione di conoscenze teoriche ed esperienza pratica e un equilibrio tra molti fattori. Questo processo può incontrare alcune difficoltà nell'uso di Microscopio elettronico. UNstigmatismo L'astigmatismo è una delle correzioni più difficili da apportare a un'immagine e richiede pratica. L'immagine centrale nella figura seguente è un'immagine correttamente messa a fuoco dopo la correzione dell'astigmatismo. Le immagini a sinistra e a destra sono esempi di una correzione dell'astigmatismo inadeguata, che si traduce in strisce allungate nell'immagine. Per ottenere immagini precise, la sezione trasversale delFascio di elettroni(sonda) dovrebbe essere circolare quando raggiunge il campione. La sezione trasversale della sonda potrebbe deformarsi, assumendo una forma ellittica. Ciò può essere causato da una serie di fattori come la precisione della lavorazione e difetti nell'espansione polare magnetica o nell'avvolgimento in rame nella fusione della bobina ferromagnetica. Questa deformazione è chiamata vignettatura e può causare difficoltà di messa a fuoco. Grave aLo stigmatismo è una delle correzioni più difficili da apportare a un'immagine e richiede pratica. L'immagine centrale nella figura seguente è un'immagine correttamente messa a fuoco dopo la correzione dell'astigmatismo. Le immagini sinistra e destra sono esempi di una scarsa correzione dell'astigmatismo, che si traduce in strisce allungate nell'immagine. Queste possono manifestarsi come "strisce" nella direzione X dell'immagine. Man mano che l'immagine passa da sottomessa a sovramessa a fuoco, le strisce si spostano nella direzione Y. Quando la messa a fuoco è precisa, le strisce scompaiono e, se la dimensione del punto è appropriata, è possibile ottenere una messa a fuoco corretta. Quando ingrandito circa 10.000 volte, se non ci sono strisce in entrambe le direzioni quando l'obiettivo è regolato su sotto-fuoco o sovra-fuoco, generalmente si ritiene che non ci sia UNstigmatismonell'immagine. Astigmatismo è solitamente trascurabile nelle immagini con ingrandimento inferiore a 1000 volte. L'approccio migliore per correggere la vignettatura è impostare gli offset della vignettatura X e Y su zero (ovvero, no UNstigmatismo correzione) e quindi mettere a fuoco il campione il più finemente possibile. Quindi regolare l'asse X o Y UNstigmatismo controllo (non può essere regolato simultaneamente) per ottenere l'immagine migliore e rimettere a fuoco. Effetti di bordo Gli effetti di bordo si verificano a causa del miglioramentoElEmissione di elettroniai bordi del campione. Gli effetti di bordo sono causati dall'influenza della morfologia sulla generazione di elettroni secondari e sono anche la causa del contorno dell'immagine prodotto dal rivelatore di elettroni secondari. Gli elettroni fluiscono preferenzialmente verso i bordi e i picchi ed emettono da questi, con conseguente riduzione dell'intensità del segnale nelle aree ostruite dal rivelatore, come le rie...

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