Em pesquisas recentes, o projeto e a regula??o das propriedades dos materiais combinando a engenharia de defeitos é atualmente um ponto de interesse da pesquisa. Em óxidos de metais de transi??o, sulfetos e outros materiais, a presen?a de defeitos alterará significativamente sua estrutura eletr?nica e propriedades químicas, alcan?ando assim sua ampla aplica??o no campo de armazenamento e convers?o de energia. Por exemplo, no projeto estrutural de materiais de bateria, a introdu??o quantitativa de defeitos pode melhorar a condutividade elétrica do material, fornecer sítios mais ativos e melhorar a transi??o de fase do material durante a litia??o para obter desempenho eletroquímico superior. Para tanto, ao observar e caracterizar os defeitos dos materiais, os pesquisadores podem abrir uma nova porta para o campo de pesquisa de materiais de armazenamento de energia, estudando a rela??o entre a estrutura e as propriedades dos materiais a nível at?mico. Embora já n?o seja raro o uso de HRTEM, XPS, EELS e outras tecnologias para caracterizar os defeitos dos materiais, essas técnicas só podem ser limitadas ao estudo de áreas locais da superfície do material, que é esticada para o estudo da defeitos gerais do material. Além disso, essas técnicas só podem auxiliar na análise semiquantitativa de defeitos superficiais de materiais, enquanto para amostras mais espessas, é “horizontal ao pico da crista, a profundidade é diferente”. Especialmente para amostras com diferentes defeitos internos e superfícies, é ainda mais impotente. Aqui, o autor compilou alguns métodos de caracteriza??o de defeitos de alto nível para caracterizar a estrutura e o conteúdo do defeito a partir do ponto macroscópico do material no campo de pesquisa da engenharia de defeitos de material em 2018 e analisou o seguinte. Se houver incompletude, bem-vindo para adicionar.

[espectro de aniquila??o de pósitrons]

O espectro de aniquila??o de pósitrons, também conhecido como espectro de vida de aniquila??o de pósitrons (PILS), é uma nova técnica de teste n?o destrutivo para materiais que estudam as propriedades dos materiais do nível at?mico. Esta técnica é comumente usada para detectar a presen?a de defeitos e vacancias em materiais sólidos. O princípio desta técnica de detec??o é detectar o tempo de relaxamento da libera??o de raios gama durante a aniquila??o usando aniquila??o quando os pósitrons interagem com os elétrons. A dura??o do tempo de relaxamento depende do tamanho dos poros do material, ou seja, do tamanho da vacancia. O julgamento indireto dos defeitos de nível at?mico no material com base no tempo de relaxamento da têmpera faz com que a técnica desempenhe um papel importante no projeto do defeito e na caracteriza??o do material de armazenamento de energia.

Um estudo recente de materiais de dissulfeto de molibdênio dopados com paládio foi relatado no artigo da Nature Communications (NAT. COMMUN., 2018, 9, 2120). Esta técnica foi utilizada para caracterizar os defeitos produzidos após a dopagem, como mostra a figura. Os pesquisadores descobriram que depois que o material MoS2 foi dopado com 1% paládio, o tempo de relaxamento τ1 do defeito da rede e o tempo de relaxamento τ2 do defeito de vacancia foram significativamente prolongados. Onde τ1 é estendido de 183,6s para 206,2s, enquanto τ2 é estendido de 355,5s para 384,6s. O aumento desses tempos de relaxamento marca um aumento na dimens?o do defeito. Além disso, a intensidade do tempo de relaxamento também é melhorada, o que significa que o teor de defeitos no material após a dopagem é significativamente maior do que o do material de dissulfeto de molibdênio n?o dopado.

[Espectro de estrutura fina de absor??o de raios X estendido]

A estrutura fina de absor??o de raios X estendida (XANES) é uma análise do ambiente químico ao redor do átomo do material pelo fen?meno de absor??o de raios X estendido gerado pela fluorescência ou fotoelétron emitido pela irradia??o de raios X da amostra. O fen?meno de absor??o estendida de raios X é determinado pela fun??o de ordena??o de curto alcance. A partir do espectro estrutural, dados como tipo, distancia e número de coordena??o dos átomos adjacentes do átomo absorvente podem ser obtidos. A quantidade de defeitos pode ser determinada qualitativamente observando o deslocamento da distancia dos átomos de coordena??o adjacentes e a intensidade dos picos.

Recentemente, o artigo de pesquisa da Advanced Energy Material relatou o uso da tecnologia XANES para estudar o defeito do CaMnO3 como material de eletrodo (Adv. Energy Mater. 2018, 1800612). Os pesquisadores usaram espectros XAS e XANES para analisar defeitos de oxigênio no material. Pode-se observar pelo espectro XANES que a intensidade de pico do CMO/S-300 é significativamente menor que a do CMO, o que comprova a diminui??o do estado de valência do material após a redu??o do enxofre. No mapa após a transformada de Fourier, observa-se que a intensidade de pico do espectro CMO/S-300 é menor que a do CMO, e o espa?amento correspondente a alguns picos é deslocado do do CMO. Esses dados ilustram as mudan?as estruturais na superfície do CMO/S-300 após a redu??o do enxofre e a forma??o de defeitos de oxigênio.

[Espectro de Resposta de Spin Eletr?nico]

A ressonancia de spin eletr?nico, também conhecida como resposta de ressonancia paramagnética (EPR), é uma transi??o de ressonancia entre os níveis de energia magnética que ocorre em um campo magnético constante em uma amostra sob a a??o de um campo eletromagnético de radiofrequência. Quando uma onda eletromagnética de frequência ν é aplicada em uma dire??o perpendicular ao campo magnético externo B, a energia obtida pelo elétron livre do material é hν. Quando a rela??o entre ν e B satisfaz hν = gμB, ocorre uma transi??o de nível magnético, correspondente a um pico de absor??o que aparece no EPR. O valor de g é determinado pelo ambiente químico no qual os elétrons desemparelhados est?o localizados. Diferentes compostos têm diferentes valores de g.

Um estudo recente da Advanced Functional Material relatou o uso da tecnologia EPR para estudar o composto MoS2-Mxene de fase 1T-2H contendo defeitos de enxofre como material de eletrodo para baterias de lítio-enxofre (Adv. Funct. Mater. 2018, 1707578). Os pesquisadores sintetizaram um composto com fase 1T-2H MoS2 e MXene. Com a redu??o do gás am?nia, obtiveram-se materiais com diferentes graus de defeitos de enxofre e caracterizaram-se suas estruturas. Usando a análise do teste EPR, verificou-se que materiais com diferentes tempos de tratamento de am?nia continham uma certa quantidade de defeitos de enxofre, correspondendo a um pico de absor??o com valor de ag de 2,0. Além disso, à medida que o tempo de tratamento com am?nia se prolongou, o pico do defeito de enxofre tornou-se gradualmente mais forte e mais amplo, o que provou que os defeitos no material aumentaram gradativamente com o tratamento do gás am?nia. A presen?a de um grande número de vacancias de enxofre faz com que o material tenha uma carga positiva localmente, aumentando assim a adsor??o de anions polissulfeto e alcan?ando uma inibi??o eficiente de polissulfeto.

【resumo】

Nos últimos anos, a pesquisa sobre defeitos de defeitos em materiais tornou-se um tema muito quente. No entanto, a maioria das pesquisas ainda está no estágio de compreens?o dos defeitos. Por esta raz?o, como cientista de materiais, devemos conhecer o mundo e mudar o mundo. No processo de pesquisa, devemos n?o apenas reconhecer o mundo microscópico dos defeitos, mas também melhorar e controlar os defeitos por certos métodos sintéticos ou preparativos. Flores caídas n?o s?o coisas sem cora??o, em Chunni mais quadrilátero. Os defeitos que parecem reduzir o desempenho do material n?o só n?o têm impacto negativo no material em si após o projeto direcional, como proporcionam aos pesquisadores a possibilidade de otimizar o material a partir do nível at?mico, para que o material do eletrodo tenha melhor desempenho como um todo. Amplie sua ampla aplica??o em armazenamento de energia e outras nanociências e engenharia de materiais.