Yhä tarkemmat tutkimuslaitteistot ja -menetelmät tuottavat elektroniikankin käyttämistä materiaaleista yhä tarkempaa tietoa. Esimerkiksi Lawrence Berkeley National Laboratoryn atomitason skannaustransmission elektronimikroskopiakuvat näyttävät akkurakenteessa, miten katodin pinnalla on eri rakenne kuin sisätiloissa.
Elektronimikroskopiakuvilla ja elektronin diffraktiokuvioilla osoitettiin, kuinka akkukatodien sisällä käyttävien litiumpitoisten ja mangaanipitoisten siirtymämetallioksidien rakenne muuttuu koostumuksesta riippuen.
- Suurnopeuksisten elektronikameroiden käyttöönotto antaa meille mahdollisuuden purkaa atomitason informaatiota erittäin suurilta näyteulottuvuuksilta. 4D-STEM-kokeilut tarkoittavat sitä, että enää ei tarvitse tehdä kompromisseja pienimmistä ominaisuuksista, joita pystymme selvittämään tutkittavasta kentästä - voimme analysoida kokonaisen hiukkasen atomirakennetta kerralla, LBNL:n tutkija Colin Ophus toteaa.
SLAC National Accelerator Laboratoryn tutkimuksissa on puolestaan havaittu, että auringonvalo aiheuttaa suuria muutoksia taustalla olevaan atomien verkkoon. Tämä muodostaa perovskiittejä, mikä on lupaava materiaali aurinkokennoille.
Ennen kuin materiaaliin osuu valoa, kuusi jodiatomia lepää lyijyatomin ympärillä. Kymmenesmiljardisosa sekuntia valon osuman jälkeen jodiatomit pyörähtävät jokaisen lyijyatomin ympärillä. Nämä ensimmäiset atomin askeleet vääristävät rakennetta ja aiheuttavat pitkäikäisiä muutoksia, jotka ovat samanlaisia kokonsa suhteen kuin sulavissa kiteissä. Lisäksi atomien liikkeet muuttavat sähkön siirtymistä ja voivat auttaa selittämään aurinkokennojen perovskiittien tehokkuutta.
Tutkijat ovat myös pitkään pyrkineet muuttamaan haitallista CO2:ta erittäin energiseksi hiilioksidiksi, mutta se onnistuu vain kalliiden jalometallien avulla. Prosessi onnistuu jossain määrin myös nikkelillä, mutta nyt Brookhaven National Laboratoryssä on tehty löytö, jossa nikkelin yksittäiset atomit tuottavat erilaisen tuloksen.
Tutkijoiden mukaan yksittäiset atomit tuottavat mieluummin hiilioksidia, koska perusnikkelin pinta on hyvin erilainen kuin yksittäisien atomien. Metallin pinnalla on yksi yhtenäinen energiapotentiaali. Sen sijaan yksittäisillä atomeilla, jokainen kohta pintaa omaa erilaisen energian.
Yksittäisten atomeiden ainutlaatuisten energioiden lisäksi CO2- konversioreaktiota helpotti nikkeliatomien vuorovaikutus ympäröivän grafeenin kanssa. Kun atomit ankkuroidaan grafeeniin, pystyivät tutkijat virittää katalyysiä ja vaimentaa kilpailevaa vedyntuottoprosessia.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 14.3.2018
