Cedera Ginjal Akut di antara orang Afrika-Amerika dengan Ciri dan Penyakit Sel Sabit

Kolaborasi memicu model baru untuk konduktivitas keramik


Newswise – ITHACA, NY – Sebagai isolator, oksida logam – juga dikenal sebagai keramik – mungkin tidak tampak seperti kandidat yang jelas untuk konduktivitas listrik. Sementara elektron bergeser bolak-balik dalam logam biasa, pergerakannya dalam bahan keramik lambat dan sulit dideteksi.

Tapi keramik memang mengandung berbagai macam konduktivitas. Perilaku ini dijelaskan pada tahun 1961 dalam “model lompatan polaron kecil”, yang menggambarkan pergerakan polaron – pada dasarnya elektron digabungkan ke distorsi kisi – dari satu ujung material ke ujung lainnya.

Kolaborasi interdisipliner yang dipimpin oleh Richard Robinson, profesor ilmu dan teknik material di College of Engineering, telah menunjukkan betapa model itu ketinggalan zaman dan tidak akurat, terutama mengenai sistem oksida kompleks. Dengan memperbarui model untuk mencerminkan jalur konduksi yang berbeda, tim berharap pekerjaannya akan membantu para peneliti yang menyesuaikan properti oksida logam dalam teknologi seperti baterai lithium ion, sel bahan bakar, dan elektrokatalisis.

Makalah mereka, “Breakdown of the Small-Polaron Hopping Model in Higher-Order Spinels,” diterbitkan 21 Oktober di Advanced Materials. Penulis utama adalah mahasiswa doktoral Anuj Bhargava.

“Ini adalah formula yang paling umum digunakan di lapangan, tetapi belum tersentuh selama 60 tahun. Itu masalah besar karena, saat ini, oksida logam digunakan dalam banyak aplikasi yang kinerjanya secara langsung dipengaruhi oleh konduktivitas – misalnya, dalam sistem energi seperti penyimpanan dan pembangkitan energi listrik, elektrokatalisis, dan pada material generasi baru, ”kata Robinson . “Banyak orang melakukan banyak percobaan percobaan ke oksida sekarang, tapi mereka belum hati-hati memeriksa bagaimana pembawa muatan bergerak dalam material, dan bagaimana komposisi mempengaruhi konduktivitas itu.

“Jika kita memahami bagaimana elektron dihantarkan dan kita dapat menyesuaikan komposisi agar memiliki konduktivitas tertinggi, kita dapat mengoptimalkan efisiensi energi dari banyak material di luar sana,” katanya.

Untuk mendapatkan gambaran rinci tentang cara elektron bergerak dalam oksida logam dan bagaimana situs penempatannya dapat memengaruhi konduktivitas material, Robinson beralih ke Darrell Schlom, Profesor Kimia Industri Herbert Fisk Johnson. Schlom dan timnya menggunakan Platform for the Accelerated Realization, Analysis, and Discovery of Interface Materials (PARADIM) dan Cornell NanoScale Science and Technology Facility (CNF) untuk menumbuhkan dan mengkarakterisasi film kristal tipis oksida besi yang didoping mangan (MnxFe3-xO4) ).

Kelompok Robinson kemudian menggunakan Cornell High Energy Synchrotron Source (CHESS) untuk menentukan lokasi atom dan status muatan ion bermuatan positif, yang disebut kation, dan mengukur bagaimana konduktivitas material berubah pada suhu yang berbeda.

Mereka membawa materi tersebut ke Lena Kourkoutis, profesor di bidang fisika terapan dan teknik, yang menggunakan mikroskop elektron canggih untuk mendapatkan tampilan yang tepat secara atom dari substrat kristal dan gradien komposisi, dan mengonfirmasi temuan tim.

Terakhir, tim Robinson berkonsultasi dengan para peneliti di Technion – Israel Institute of Technology, yang menggunakan metode komputasi untuk menjelaskan bagaimana polaron melompat secara berbeda dalam material berdasarkan hambatan energi dan bilangan oksidasi. Hasil mereka mengungkap keberadaan penghalang energi besar yang terkait dengan jalur konduksi “peralihan” antara dua kation yang berbeda, dan ini memberikan potongan akhir penting yang diperlukan untuk menyusun formula baru.

“Penemuan baru ini memberi kami wawasan tentang sesuatu yang telah terabaikan. Alih-alih pendekatan Edisonian, trial-and-error yang hanya membuat dan menguji sekumpulan material baru, sekarang kami dapat mengambil pendekatan yang lebih sistematis untuk mencari tahu mengapa material berperilaku berbeda, terutama pada level yang sangat penting ini, yaitu konduktivitas elektronik. , ”Kata Robinson. “Proses penting dalam bahan energi melibatkan konduktivitas, elektron masuk dan keluar dari bahan. Jadi, untuk aplikasi apa pun dengan oksida logam, konduktivitas itu penting. ”

Rekan penulis termasuk peneliti postdoctoral Hanjong Paik dan mahasiswa doktoral Jiaxin Sun dan Michelle Smeaton.

Penelitian Cornell didukung oleh National Science Foundation.

Selain PARADIM, CHESS dan CNF, para peneliti memanfaatkan Cornell Center for Material Research, yang didukung oleh program NSF’s Material Research Science and Engineering Center.


Diposting Oleh : https://singaporeprize.co/

About the author