Pustende Krystaller: Transformerer Ren Energi & Elektronikk

Et team av ingeniører fra prestisjetunge universiteter har med suksess laget en krystall som kan foreta strukturelle justeringer i sanntid via en tilnærming som manipulerer oksygenmolekyler. Disse pustende krystallene kan åpne for store fremskritt innen termiske byggematerialer, romfart, databehandling og rene energisystemer. Her er det du trenger å vite

Avanserte materialer som puster

Forskere fortsetter å undersøke materialer som puster gjennom arbeid med oksygenvakanse‑ingeniørkunst. Disse forskerne bruker materialer som overgangsmetalloksider (TMOer) som kan moduleres til ulike tilstander ved å fjerne oksygenatomer fra sammensetningen.

Disse tilstandene har forskjellige egenskaper, noe som gjør det mulig for forskere å finjustere programmerbare funksjonaliteter. Dermed er det mulig å øke eller redusere katalytiske, elektroniske og fotokatalytiske egenskaper på mikroskopisk skala. Disse justerbare parameterne har gjort pustende materialer avgjørende i fremtidige teknologier som energilagring, katalyse, superledning og elektroniske enheter.

Koboltoksider

Den vanligste typen TMO kombinerer kobolt‑ og jernbaserte perovskitter. Merk at perovskitter er nanoskalale krystallstrukturer som har en form som gjør dem ideelle for elementær skapelse. Ingeniører bruker disse materialene i TMOer fordi de har sterk strukturell støtte og kan støtte flere strukturelle faser.

Problemer med koboltoksider

Koboltoksider har sine begrensninger. For det første er disse materialene eksternt skjøre og dyre å fremstille. Derfor kan de ikke brukes i mer robuste applikasjoner uten ekstra tiltak for å forhindre skade.

Et annet problem med koboltoksid‑tilnærmingen er at disse strukturene kun kan oppnå sine separate tilstander under høye temperaturer eller andre spesifikke forhold. Å oppfylle disse betingelsene kan øke de totale kostnadene, størrelsen og begrensningene for de tiltenkte bruksområdene. I tillegg kan disse forholdene føre til nedbrytning, noe som reduserer ytelsen.

Studie av pustende krystaller

Etter å ha erkjent disse begrensningene, satte et team av ingeniører i gang for å finne et mer stabilt og fleksibelt alternativ til koboltoksid‑baserte TMOer. Deres arbeid, “Selective reduction in epitaxial SrFe0.5Co0.5O2.5 and its reversibility,” publisert¹ i tidsskriftet Nature Communications, introduserer en ny TMO‑sammensetning som kan støtte et bredere spekter av oksygen‑støkiometrier.

Som en del av denne tilnærmingen laget ingeniørene tynne filmer av metalloksid fra strontium, jern og kobolt. SrFe0.5Co0.5O2.5‑filmene ble deretter modulert via ulike gassmiljøer. Teamet bemerker at krystallene deres utfører en pustende handling, som frigjør og absorberer oksygen som lunger.

Kilde – Pusan National University, Korea