В попытке создать металлическую окись со свойствами металла, исследователи в Тихоокеанской Северо-западной Национальной лаборатории Министерства энергетики создали новую форму металлической окиси. Эта конкретная окись хрома стронция выступает как полупроводник или материал, способность которого провести электричество может быть включена и выключена.
Это также позволяет кислороду распространяться легко, требование для твердого окисного топливного элемента. Лучше всего все же это позволяет распространение при температуре, которая может привести к намного более эффективным топливным элементам.
Ничто не Что-тоЭнергетическим исследователям нужны улучшенные материалы, чтобы сделать топливные элементы более широко используемыми. Твердые окисные топливные элементы требуют окисей, способных к поглощению и передаче отрицательно заряженных атомов кислорода при низкой температуре. Текущие материалы требуют температур приблизительно 800 градусов Цельсия (для справки, автомобильный пробег двигателей на уровне приблизительно 200 градусов Цельсия и сталь тают приблизительно в 1500).
Исследователи в PNNL пытались сделать окись хрома стронция в своего рода прозрачной форме названной перовскитом, у которого есть много полезных электронных свойств. В этом материале стронций, хром и атомы кислорода складывают вместе в кубе.
Металлические атомы – стронций и хром – связь полностью к атомам кислорода вокруг них.Однако в материале, который сформировался, окись хрома стронция, упакованная в кристалл, имеющий форму ромба – думает, алмаз – и многие атомы кислорода отсутствовал.
Кроме того, отверстия, где атомы кислорода были, также названы кислородными вакансиями, объединились, чтобы сформировать четко определенные самолеты в новой кристаллической структуре. Исследователи нашли, что эти самолеты действуют как каналы, которые позволяют кислороду снаружи материала распространяться через материал при исключительно низкой температуре для этих материалов, приблизительно 250 градусов Цельсия.«В достаточно высоко концентрации, кислородная совокупность вакансий и формируют новые мезомасштабные структуры с новыми свойствами, которые не имеет оригинальный материал», сказал материаловед PNNL Скотт Чемберс, который привел исследование. «В этом случае мезомасштабная прозрачная структура передает кислород очень эффективно».
Плохие угловые связиУченые непреднамеренно произвели материал, использовав в своих интересах естественное стремление атомов хрома, чтобы избежать определенной окружающей среды соединения. Они нашли, что их попытки сделать металлический SrCrO3 (окись хрома стронция в отношении 1:1:3) приводят вместо этого к формированию полупроводникового SrCrO2.8 (с отношением 1:1:2.8).
Поскольку хрому как ион с обвинением +4 не нравится к связям формы 90o с кислородом, как это должно в SrCrO3, формы SrCrO2.8 вместо этого с совершенно другой кристаллической структурой. Этот материал содержит несовершенные кислородом регионы, через которые кислород может распространиться очень легко. Те регионы могли бы обеспечить способ воспользоваться лучшим преимуществом электронных свойств материала.
«Как дополнительная выгода, заказанная множества кислородных вакансий, мог бы позволить нам отделять электронные и тепловые свойства материала», сказал Чемберс. «Это помогло бы нам улучшить исполнение термоэлектрики, или в энергии производства от тепла или для использования в охлаждении».Команда сделала сверхчистые прозрачные фильмы нового материала и использовала инструменты и экспертные знания в EMSL, Экологической Молекулярной Научной Лаборатории САМКИ, чтобы понять свойства материала.
Офис САМКИ Научного Пользовательского Средства, ученые EMSL работали с Чемберсом, чтобы разработать новый инструмент, названный помогшей с кислородом молекулярной системой смещения эпитаксии луча, которая специально предназначена, чтобы сделать и изучить эти виды прозрачных фильмов.К свету и электронамВ будущем команда планирует применить понимание, полученное к другим материалам, таким как смещение, характеристика и понимание эпитаксиального лакируемого стронцием хромита лантана, у которого есть потенциальная важность в видимом легком сборе урожая.В долгосрочной перспективе команда планирует эксплуатировать наблюдаемое явление, чтобы выполнить нанофальсификацию новых разнородных каталитических структур, внося submonolayer количества каталитически важных металлов на поверхности полупроводниковой окиси, имеющей форму ромба и используя пересечение самолетов дефекта со свободной поверхностью, чтобы заказать поступающие металлические атомы в нанопроводы.
Эта работа была поддержана Офисом Министерства энергетики Науки, EMSL и PNNL.