Applicazioni

Comprendere la formazione di intermedi radicalici è fondamentale per controllare la velocità e la selettività delle reazioni elettrochimiche. Queste specie a vita breve all'interfaccia elettrodica determinano i risultati e basarsi esclusivamente sui prodotti finali può portare a meccanismi speculativi. operando EPR usando CIQTEK da banco EPR200M , i ricercatori possono catturare direttamente i radicali in situ, mappando la loro sequenza di formazione e le impronte digitali strutturali per ottenere solide prove meccanicistiche. Una recente collaborazione tra l'Università della Tecnologia di Pechino (Sun Zaicheng / Liu Yichang), l'Università di Tsinghua (Yang Haijun) e l'Università di Wuhan (Lei Aiwen) ha introdotto un romanzo Cella elettrolitica stampata in 3D su misura per EPR in situ Realizzata con elaborazione digitale della luce (DLP) ad alta precisione, questa cella piatta consente un'integrazione riproducibile con sistemi elettrochimici. I loro risultati, pubblicati in Rivista di ingegneria chimica sotto il titolo Cella elettrolitica su misura per test EPR operando: rivelazione della formazione e delle strutture accurate dei radicali amminici e fenolici , dimostrano la capacità del flusso di lavoro di scoprire strutture radicali attraverso reazioni rappresentative. Svolta metodologica: cella elettrolitica piatta stampata in 3D per EPR operando riproducibile I solventi ad alto dielettrico comunemente utilizzati nelle celle elettrochimiche riducono Rapporto segnale-rumore EPR , rendendo difficile il rilevamento radicale. Il design piatto della cella mitiga le perdite dielettriche e migliora il fattore Q del risonatore, migliorando operando EPR prestazione. Oltre alla fisica, la cella è progettata per la riproducibilità. Utilizzando la stampa 3D DLP, i canali degli elettrodi, le strutture di posizionamento e la protezione da cortocircuito vengono definiti durante la fabbricazione. Ciò elimina la variabilità manuale, riduce la resistenza del sistema e migliora la qualità del segnale, mantenendo al contempo resistenza meccanica, compatibilità con i solventi ed efficienza dei costi. Questo approccio trasforma operando EPR in un flusso di lavoro di "componente strutturale standardizzato + procedura riproducibile" , consentendo la riproducibilità tra team e sistemi e il confronto meccanicistico. Prove risolte nel tempo tracciano la formazione dei radicali nell'accoppiamento C-N EPR in situ L'acquisizione a risoluzione temporale consente di mappare i radicali in tempo reale, mostrando quali specie compaiono per prime e come si evolvono. Ciò fornisce una catena di prove riproducibile a livello intermedio, portando la comprensione meccanicistica oltre l'inferenza basata sui prodotti. Gli intermedi di cicloaddizione rivelano la selettività della reazione Confrontando gli spettri specifici del substrato e calcolando la densità di spin, segnali EPR vengono tradotti direttamente in impronte digitali strutturali radicali Ciò costituisce un quadro a ciclo ch...

Con il supporto di Microscopia a scansione NV CIQTEK (SNVM) , i ricercatori dell'Università di Tsinghua hanno visualizzato direttamente strutture cicloidi di spin su scala nanometrica nel BiFeO₃ multiferroico. Questo lavoro, pubblicato in Materiali funzionali avanzati , fornisce le prove microscopiche mancanti che collegano la simmetria cristallina, la struttura magnetica e il trasporto magnonico anisotropico, evidenziando la SNVM come uno strumento decisivo per la magnonica e la ricerca spintronica a bassa potenza. Lo studio ha utilizzato il microscopio a sonda a scansione NV CIQTEK (SNVM) Contesto della ricerca: trasporto di magnoni negli ossidi multiferroici Le correnti di spin mediate dai magnoni possono propagarsi in isolanti magneticamente ordinati con una dissipazione di energia pressoché nulla, rendendole estremamente interessanti per i dispositivi spintronici di nuova generazione a bassa potenza. Nei materiali multiferroici come il BiFeO₃, l'accoppiamento tra ordini ferroelettrici e antiferromagnetici consente il controllo del campo elettrico dei magnoni, un obiettivo di lunga data nella spintronica. Nonostante questa promessa, l'origine microscopica del trasporto magnonico debolmente anisotropo nella fase romboedrica BiFeO₃, comunemente nota come R-BFO, è rimasta irrisolta. Affrontare questa sfida richiede la caratterizzazione diretta nello spazio reale di strutture magnetiche su scala nanometrica, a lungo inaccessibile con le tecniche convenzionali. Collo di bottiglia tecnico: mancanza di prove dirette della struttura magnetica Studi teorici hanno previsto che R-BFO ospita una struttura di spin cicloidale che svolge un ruolo critico nel sopprimere la forte anisotropia nel trasporto magnonico. Tuttavia, la conferma sperimentale è stata elusiva. Le tecniche di caratterizzazione tradizionali, come il dicroismo magnetico lineare a raggi X, forniscono informazioni magnetiche mediate spazialmente e non sono in grado di risolvere le texture di spin su scala nanometrica. Di conseguenza, la connessione logica tra simmetria cristallina, struttura magnetica e trasporto magnonico è rimasta incompleta a causa dell'assenza di immagini magnetiche microscopiche dirette. CIQTEK SNVM Approccio: Imaging magnetico diretto su scala nanometrica Microscopia a scansione NV CIQTEK (SNVM) supera queste limitazioni combinando la risoluzione spaziale su scala nanometrica con la sensibilità al campo magnetico a livello di spin elettronico. Ciò consente l'imaging quantitativo non invasivo dei campi magnetici locali generati da complesse strutture di spin all'interno di materiali funzionali. In questo lavoro, i team di ricerca guidati dal Prof. Yi Di del Laboratorio statale chiave per i nuovi materiali ceramici e dal Prof. Nan Tianxiang della Scuola di circuiti integrati dell'Università di Tsinghua hanno impiegato Imaging magnetico CIQTEK SNVM per sondare direttamente la struttura magnetica intrinseca dell'R-BFO. Risultati chiave abilitati da Imaging magnetico SNVM ...

La fusione nucleare è considerata una fonte energetica chiave del futuro grazie alla sua elevata efficienza e alla produzione di energia pulita. Nei reattori a fusione, i sistemi di raffreddamento ad acqua sono ampiamente utilizzati perché tecnicamente maturi, economici e con eccellenti prestazioni di raffreddamento. Tuttavia, rimane una sfida importante: ad alte temperature e ad alta pressione, acqua e vapore corrodono fortemente i materiali strutturali. Mentre questo problema è stato studiato nei reattori a fissione, gli ambienti di fusione sono più complessi. Gli esclusivi campi magnetici ad alta intensità e distribuiti in modo non uniforme nei dispositivi di fusione interagiscono con i processi di corrosione, creando nuove sfide tecniche che necessitano di ricerche approfondite. Per affrontare questo problema, il team del professore associato Peng Lei dell'Università di Scienza e Tecnologia della Cina ha condotto uno studio approfondito utilizzando CIQTEK microscopio elettronico a scansione (SEM) E microscopio elettronico a doppio raggio Hanno costruito impianti di corrosione del vapore con campo magnetico ad alta temperatura e di corrosione dell'acqua ad alta temperatura. Utilizzando Tecniche SEM, EBSD e FIB hanno analizzato i film di ossido formati sull'acciaio CLF-1 dopo 0–300 ore di corrosione da vapore a 400°C sotto campi magnetici di 0T, 0,28T e 0,46T e dopo 1000 ore di corrosione da acqua ad alta temperatura a 300°C. Lo studio utilizzato CIQTEK SEM5000X a emissione di campo ad altissima risoluzione e il FIB-SEM DB500 Lo studio ha scoperto che i film di ossido formano una struttura multistrato, con uno strato interno ricco di cromo e uno strato esterno ricco di ferro. La formazione del film avviene in cinque fasi: particelle di ossido iniziali, poi strutture simili a fiocchi, formazione di uno strato denso, crescita di strutture a spinello sullo strato denso e, infine, rottura dello spinello in ossidi laminati. La presenza di un campo magnetico accelera significativamente la corrosione, promuove la trasformazione della magnetite esterna (Fe₃O₄) in ematite (Fe₂O₃) e favorisce la formazione di ossidi laminati. Questo lavoro è stato pubblicato su Scienza della corrosione , UN rivista di alto livello nel campo della corrosione e del degrado dei materiali, sotto il titolo: " Effetti del campo magnetico sul comportamento della corrosione da vapore ad alta temperatura dell'acciaio ferritico/martensitico ad attivazione ridotta. " Caratterizzazione del film di ossido superficiale Nel vapore ad alta temperatura (HTS), le superfici in acciaio CLF-1 mostrano diversi stati di corrosione nel tempo. Sulle superfici lucidate, l'ossidazione iniziale (60 ore) si manifesta sotto forma di piccole particelle disperse. Il rapporto Fe/Cr è simile a quello del substrato, indicando che lo strato di ossido non è ancora completo. Entro 120 ore, compaiono ossidi simili a fiocchi. A 200 ore, si forma uno strato di ossido denso, con nuove particelle di ossido e stru...

Con la rapida espansione delle nuove industrie energetiche, minerarie, metallurgiche e galvaniche, l'inquinamento da nichel nei corpi idrici è diventato una minaccia crescente per la qualità ambientale e la salute umana. Durante i processi industriali, gli ioni di nichel interagiscono spesso con vari additivi chimici per formare complessi organici di metalli pesanti (HMC) altamente stabili. Nella galvanica del nichel, ad esempio, il citrato (Cit) è ampiamente utilizzato per migliorare l'uniformità e la brillantezza del rivestimento, ma i due gruppi carbossilici del Cit si coordinano facilmente con Ni²⁺ per formare complessi Ni-Citrato (Ni-Cit) (logβ = 6,86). Questi complessi alterano significativamente la carica, la configurazione sterica, la mobilità e i rischi ecologici del nichel, mentre la loro stabilità li rende difficili da rimuovere con i metodi convenzionali di precipitazione o adsorbimento. Attualmente, la "dissociazione complessa" è considerata il passaggio chiave per la rimozione degli HMC. Tuttavia, i tipici trattamenti chimici o di ossidazione presentano costi elevati e complessità operative. Pertanto, i materiali multifunzionali con capacità sia ossidative che adsorbenti offrono un'alternativa promettente. I ricercatori dell'Università di Beihang, guidati dal Prof. Xiaomin Li e dal Prof. Wenhong Fan, ha usato il Microscopio elettronico a scansione (SEM) CIQTEK E spettrometro di risonanza paramagnetica elettronica (EPR) per condurre un'indagine approfondita Hanno sviluppato una nuova strategia utilizzando KOH modificato Arundo donax L. biochar per rimuovere efficacemente Ni-Cit dall'acqua. Il biochar modificato non solo ha mostrato un'elevata efficienza di rimozione, ma ha anche consentito il recupero del nichel sulla superficie del biochar. Lo studio, intitolato “Rimozione del citrato di nichel mediante biochar di Arundo donax L. modificato con KOH: ruolo critico dei radicali liberi persistenti” , è stato recentemente pubblicato in Ricerca sull'acqua . Caratterizzazione dei materiali Il biochar è stato prodotto da Arundo donax foglie e impregnate con KOH a diversi rapporti di massa. L'imaging SEM (Fig. 1) ha rivelato: Il biochar originale (BC) presentava una morfologia disordinata a forma di bastoncello. Con un rapporto KOH/biomassa di 1:1 (1KBC), si è formata una struttura porosa ordinata a nido d'ape. Con rapporti di 0,5:1 o 1,5:1, i pori erano sottosviluppati o collassati. L'analisi BET ha confermato la più alta area superficiale per 1KBC (574,2 m²/g), superando di gran lunga altri campioni. Caratterizzazione SEM e BET ha fornito prove evidenti che la modifica del KOH aumenta notevolmente la porosità e l'area superficiale, fattori chiave per l'adsorbimento e la reattività redox. Figura 1. Preparazione e caratterizzazione del biochar modificato con KOH. Prestazioni nella rimozione di Ni-Cit Figura 2. (a) Efficienza di rimozione del Ni totale da parte di diversi biochar; (b) Variazione del TOC durante il trattamento con Ni–Cit; (c)...

Le leghe di alluminio, apprezzate per il loro eccezionale rapporto resistenza/peso, sono materiali ideali per l'alleggerimento dei componenti automobilistici. La saldatura a punti per resistenza (RSW) rimane il metodo di giunzione più diffuso per la produzione di carrozzerie automobilistiche. Tuttavia, l'elevata conduttività termica ed elettrica dell'alluminio, combinata con il suo strato di ossido superficiale, richiede correnti di saldatura di gran lunga superiori a quelle utilizzate per l'acciaio. Ciò accelera l'usura degli elettrodi di rame, con conseguente instabilità della qualità della saldatura, frequente manutenzione degli elettrodi e aumento dei costi di produzione. Prolungamento della durata degli elettrodi mentre garantire la qualità della saldatura è diventato un ostacolo tecnologico critico nel settore. Per affrontare questa sfida, il team del Dott. Yang Shanglu presso l'Istituto di Ottica e Meccanica Fine di Shanghai ha condotto uno studio approfondito utilizzando CIQTEK FESEM SEM5000 Hanno progettato in modo innovativo un elettrodo ad anello rialzato e hanno studiato sistematicamente l'effetto del numero di anelli (0–4) sulla morfologia dell'elettrodo, rivelando la relazione intrinseca tra conteggio degli anelli, difetti cristallini nel nucleo di saldatura e distribuzione della corrente. I loro risultati dimostrano che l'aumento del numero di anelli rialzati ottimizza la distribuzione della corrente, migliora l'efficienza dell'apporto termico, ingrandisce il nucleo di saldatura e prolunga significativamente la durata dell'elettrodo. In particolare, gli anelli rialzati migliorano la penetrazione dello strato di ossido, migliorando il flusso di corrente e riducendo al contempo la corrosione per vaiolatura. Questo innovativo design dell'elettrodo fornisce un nuovo approccio tecnico per mitigare l'usura degli elettrodi e getta le basi teoriche e pratiche per una più ampia applicazione delle leghe di alluminio RSW nel settore automobilistico. Lo studio è pubblicato su Rivista di tecnologia di lavorazione dei materiali. sotto il titolo “ Indagine sull'influenza della morfologia della superficie dell'elettrodo sulla saldatura a punti per resistenza delle leghe di alluminio. ” Innovazione nel design degli elettrodi ad anello rialzato Per affrontare la sfida dell'usura degli elettrodi, il team ha affrontato il problema partendo dalla morfologia degli elettrodi. Hanno lavorato da 0 a 4 anelli concentrici rialzati sulla superficie terminale di elettrodi sferici convenzionali, formando un nuovo elettrodo ad anello di Newton (NTR). Figura 1. Morfologia superficiale e profilo trasversale degli elettrodi utilizzati nell'esperimento L'analisi SEM rivela difetti dei cristalli e miglioramenti delle prestazioni In che modo gli anelli rialzati influenzano le prestazioni di saldatura? Utilizzando Tecniche CIQTEK FESEM SEM5000 ed EBSD , il team ha caratterizzato in dettaglio la microstruttura dei nugget di saldatura. Hanno scoperto che gli anelli rialz...

Le batterie al litio-metallo allo stato solido (SSLMB) sono ampiamente riconosciute come la fonte di energia di nuova generazione per veicoli elettrici e sistemi di accumulo di energia su larga scala, offrendo un'elevata densità energetica e un'eccellente sicurezza. Tuttavia, la loro commercializzazione è stata a lungo limitata dalla bassa conduttività ionica degli elettroliti solidi e dalla scarsa stabilità interfacciale all'interfaccia solido-solido tra elettrodi ed elettroliti. Nonostante i significativi progressi nel miglioramento della conduttività ionica, i guasti interfacciali in condizioni di elevata densità di corrente o di funzionamento a bassa temperatura rimangono un importante collo di bottiglia. Un team di ricerca guidato dal Prof. Feiyu Kang, dal Prof. Yanbing He, dal Prof. Associato Wei Lü e dal Prof. Associato Tingzheng Hou dell'Istituto di Ricerca sui Materiali, Tsinghua Shenzhen International Graduate School (SIGS), in collaborazione con il Prof. Quanhong Yang dell'Università di Tianjin, ha proposto un nuovo concetto di progettazione di un'interfase elettrolitica solida duttile (SEI) per affrontare questa sfida. Il loro studio, intitolato “Un’interfase elettrolitica solida duttile per batterie allo stato solido” , è stato recentemente pubblicato in Natura . CIQTEK FE-SEM consente la caratterizzazione dell'interfaccia ad alta risoluzione In questo studio, il team di ricerca ha utilizzato il Microscopio elettronico a scansione a emissione di campo CIQTEK ( SEM4000X ) per caratterizzazione microstrutturale dell'interfaccia solido-solido. Il FE-SEM di CIQTEK ha fornito immagini ad alta risoluzione ed eccellente contrasto superficiale , consentendo ai ricercatori di osservare con precisione l'evoluzione della morfologia e l'integrità interfacciale durante il ciclo elettrochimico. SEI duttile: una nuova via oltre la "sola resistenza" Paradigma I tradizionali SEI ricchi di inorganici, sebbene meccanicamente rigidi, tendono a subire fratture fragili durante il ciclo, con conseguente crescita di dendriti di litio e scarsa cinetica interfacciale. Il team di Tsinghua si è discostato dal paradigma della "sola resistenza" enfatizzando la "duttilità" come criterio di progettazione chiave per i materiali SEI. Utilizzando il rapporto di Pugh (B/G ≥ 1,75) come indicatore di duttilità e uno screening assistito dall'intelligenza artificiale, hanno identificato il solfuro d'argento (Ag₂S) e il fluoruro d'argento (AgF) come promettenti componenti inorganici con deformabilità superiore e basse barriere di diffusione agli ioni di litio. Basandosi su questo concetto, i ricercatori hanno sviluppato un elettrolita solido composito organico-inorganico contenente additivi AgNO₃ e riempitivi Ag/LLZTO (Li₆.₇₅La₃Zr₁.₅Ta₀.₅O₁₂). Durante il funzionamento della batteria, una reazione di spostamento in situ ha trasformato i fragili componenti SEI Li₂S/LiF in strati duttili Ag₂S/AgF, formando una struttura SEI a gradiente "morbida all'esterno, resistente all'inte...

Di recente, il Premio Nobel per la chimica 2025 è stato assegnato a Susumu Kitagawa, Richard Robson e Omar Yaghi in riconoscimento del loro "sviluppo di strutture metallo-organiche (MOF)". I tre vincitori hanno creato strutture molecolari con enormi spazi interni, che consentono il passaggio di gas e altre specie chimiche. Queste strutture, note come Metal-Organic Framework (MOF), hanno applicazioni che spaziano dall'estrazione di acqua dall'aria del deserto alla cattura dell'anidride carbonica, allo stoccaggio di gas tossici e alla catalizzazione di reazioni chimiche. I Metal-Organic Framework (MOF) sono una classe di materiali porosi cristallini formati da ioni metallici o cluster legati tramite leganti organici (Figura 1). Le loro strutture possono essere immaginate come una rete tridimensionale di "nodi metallici + leganti organici", che combina la stabilità dei materiali inorganici con la flessibilità di progettazione della chimica organica. Questa versatile costruzione consente ai MOF di essere composti da quasi tutti i metalli della tavola periodica e da un'ampia varietà di leganti, come carbossilati, imidazolati o fosfonati, consentendo un controllo preciso delle dimensioni dei pori, della polarità e dell'ambiente chimico. Figura 1. Schema di una struttura metallo-organica Dalla comparsa dei primi MOF a porosità permanente negli anni '90, sono state sviluppate migliaia di strutture, tra cui esempi classici come HKUST-1 e MIL-101. Presentano aree superficiali specifiche e volumi dei pori estremamente elevati, offrendo proprietà uniche per l'adsorbimento di gas, lo stoccaggio di idrogeno, la separazione, la catalisi e persino il rilascio di farmaci. Alcuni MOF flessibili possono subire cambiamenti strutturali reversibili in risposta all'adsorbimento o alla temperatura, mostrando comportamenti dinamici come gli "effetti di respirazione". Grazie alla loro diversità, sintonizzabilità e funzionalizzazione, i MOF sono diventati un argomento centrale nella ricerca sui materiali porosi e forniscono una solida base scientifica per lo studio delle prestazioni di adsorbimento e dei metodi di caratterizzazione. Caratterizzazione dei MOF La caratterizzazione fondamentale dei MOF include in genere modelli di diffrazione dei raggi X su polvere (PXRD) per determinare la cristallinità e la purezza di fase, e isoterme di adsorbimento/desorbimento dell'azoto (N₂) per convalidare la struttura dei pori e calcolare l'area superficiale apparente. Altre tecniche complementari comunemente utilizzate includono: Analisi termogravimetrica (TGA) : Valuta la stabilità termica e in alcuni casi può stimare il volume dei pori. Test di stabilità in acqua : Valuta la stabilità strutturale in acqua e in diverse condizioni di pH. Microscopia elettronica a scansione (SEM) : Misura le dimensioni e la morfologia dei cristalli e può essere combinato con la spettroscopia a raggi X a dispersione di energia (EDS) per la composizione e la distribuzione degli elementi. Spettroscopia d...

Con l'accelerazione dell'industrializzazione e la continua crescita delle emissioni inquinanti, le acque reflue organiche rappresentano una seria minaccia per gli ecosistemi e la salute umana. Le statistiche mostrano che il consumo energetico derivante dal trattamento delle acque reflue industriali rappresenta il 28% del consumo energetico globale per il trattamento delle acque. Tuttavia, la tecnologia Fenton convenzionale soffre della disattivazione del catalizzatore, con conseguente bassa efficienza di trattamento. I catalizzatori a base metallica nei processi di ossidazione avanzata affrontano comuni colli di bottiglia: il processo di ciclo redox non può essere sostenuto efficacemente, i percorsi di trasferimento degli elettroni sono limitati e i metodi di preparazione tradizionali si basano su alte temperature e alte pressioni con rese di solo l'11-15%. Per affrontare queste sfide, un team di ricerca di Università di Tecnologia di Dalian hanno sviluppato un nanocatalizzatore Cu-C accoppiando direzionalmente la cellulosa commerciale con ioni di rame utilizzando un metodo di sostituzione galvanica chimica a umido. Hanno inoltre stabilito un nuovo sistema di degradazione caratterizzato da un meccanismo catalitico a doppio canale (percorso radicalico + trasferimento diretto di elettroni) e ampia adattabilità al pH. Il materiale ha raggiunto il 65% di degradazione della tetraciclina in 5 minuti (rispetto a