Натрий-ионные аккумуляторы (SIB) привлекают внимание как экономически эффективная альтернатива литий-ионным аккумуляторам благодаря высокому содержанию натрия в земной коре (2,6% против 0,0065% для лития). Несмотря на это, SIB все еще отстают по плотности энергии, что подчеркивает необходимость в электродных материалах с высокой емкостью. Твердый углерод является сильным кандидатом на использование анодов SIB благодаря своему низкому потенциалу накопления натрия и высокой емкости. Однако такие факторы, как распределение микродоменов графита, закрытые поры и концентрация дефектов, существенно влияют на начальную кулоновскую эффективность (ICE) и стабильность. Стратегии модификации имеют ограничения. Легирование гетероатомами может повысить емкость, но снизить ICE. Традиционный метод CVD способствует формированию закрытых пор, но его недостатком являются медленное разложение метана, длительные циклы и накопление дефектов. Команда профессора Янь Юй из Китайского университета науки и технологий (USTC) использовали Сканирующий электронный микроскоп CIQTEK (СЭМ) для исследования морфологии различных твёрдых углеродных материалов. Группа разработала метод химического осаждения из газовой фазы (CVD) с использованием катализатора, способствующий разложению CH₄ и регулированию микроструктуры твёрдого углерода. Катализаторы на основе переходных металлов, такие как Fe, Co и Ni, эффективно снижают энергетический барьер разложения CH₄, тем самым повышая эффективность и сокращая время осаждения. Однако Co и Ni, как правило, вызывали чрезмерную графитизацию осажденного углерода, образуя вытянутые графитоподобные структуры как в поперечном, так и в толщинном направлениях, что затрудняло накопление и транспорт ионов натрия. В противоположность этому, Fe способствовало правильной перегруппировке углерода, что приводило к оптимизации микроструктуры с меньшим количеством дефектов и хорошо развитыми графитовыми доменами. Эта оптимизация снижала необратимое накопление натрия, повышала начальную кулоновскую эффективность (ICE) и увеличивала доступность обратимых центров накопления Na⁺. В результате оптимизированный образец твердого углерода (HC-2) достиг впечатляющей обратимой емкости 457 мАч г⁻¹ и высокого значения ICE 90,6%. Более того, рентгеновская дифракция in situ и рамановская спектроскопия in situ подтвердили механизм хранения натрия, основанный на адсорбции, интеркаляции и заполнении пор. Исследование было опубликовано в журнале Современные функциональные материалы под названием: Технология химического осаждения из паровой фазы с использованием катализатора для получения твердого углерода с большим количеством закрытых пор для высокопроизводительных натрий-ионных аккумуляторов. Как показано на рисунке 1а, твёрдый углерод был синтезирован методом химического осаждения из газовой фазы (CVD) с использованием каталитически активного вещества, используя коммерческий пористый углерод в качестве прекурсора и метан (CH₄) в качестве исходного газа. На рисунке 1d показан...

Группа профессора Лай Юэкуна из Университета Фучжоу провела инновационное исследование, удовлетворяющее острую потребность в прочных адгезионных гидрогелях для таких областей, как носимые датчики, мягкая робототехника, тканевая инженерия и раневые повязки. В настоящее время адгезионные материалы для интерфейсов сталкиваются с двумя основными техническими проблемами: во-первых, с трудностями в достижении быстрого и обратимого перехода из адгезивного состояния в неадгезивное; во-вторых, с низкими адгезионными характеристиками в многожидкостных средах. Недавно команда провела углубленные исследования с использованием Сканирующий электронный микроскоп CIQTEK . Гидрогель PANC/T был синтезирован из акриламида (AAm), N-изопропилакриламида (NIPAM), мицеллярного раствора, состоящего из додецилсульфата натрия/метилоктадецилметакрилата/хлорида натрия (SDS/OMA/NaCl) и фосфорновольфрамовой кислоты (PTA). Динамическое взаимодействие цепей PNIPAM с SDS обеспечивало адгезию и разделение по мере необходимости. Дальнейшее замачивание в растворе Fe³⁺ приводило к образованию гидрогеля PANC/T-Fe, обеспечивающего прочную адгезию в различных влажных средах. Это привело к разработке интеллектуального адгезионного гидрогеля с быстрой реакцией, способного к контролируемой адгезии и разделению при различных условиях влажности. Исследование было опубликовано в Современные функциональные материалы под названием «Контролируемые температурой адгезионные гидрогели с замечательными свойствами влажной адгезии, основанными на динамических межцепочечных взаимодействиях». Синтез и структурные характеристики контролируемого адгезивного гидрогеля Гидрогель PANC/T-Fe синтезирован путем сополимеризации гидрофильного AAm, амфифильного NIPAM и гидрофобного OMA. PTA действует как сшивающий агент, образуя водородные связи с аминогруппами полимерных цепей для создания стабильной сети. Группа обнаружила, что взаимодействия между NIPAM и SDS имеют решающее значение для термочувствительной адгезии гидрогеля. При более низких температурах SDS кристаллизуется и прилипает к цепям PNIPAM, препятствуя взаимодействию адгезивных функциональных групп с субстратами и снижению адгезии. С повышением температуры кристаллы SDS плавятся, улучшая контакт между адгезивными группами и субстратами и значительно увеличивая адгезию. PTA усиливает адгезию при более высоких температурах за счет физического взаимодействия с аминогруппами полимера; это взаимодействие ослабевает при нагревании, размягчая гидрогель и создавая больше адгезионных участков. Динамическое регулирование между полимерными цепями обеспечивает обратимую адгезию по требованию. Рисунок 1. Синтез гидрогеля и механизм обратимой влажной адгезии. Механизм регулирования температуры адгезионных свойств Сравнительные эксперименты подтвердили, что синергетический эффект NIPAM и мицеллярного раствора является ключевым фактором температурно-чувствительной адгезии гидрогеля. Результаты дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) показывают, что температу...

АСЭлектронный микроскоп для консервирования (СЭМ)мощный микроскоп, который использует высокоэнергетический электронный луч для сканирования поверхности образца, улавливая сигналы, испускаемые или рассеиваемые электронами, для создания изображений образца с высоким разрешением поверхность. СЭМ может увеличивать изображения в тысячи и десятки тысяч раз, открывая микроскопический мир, который невоспринимается невооруженным глазом. ПодCIQTEKСканирующий электронный микроскоп, мы можем наблюдать тонкую текстильную структуруклетки кожи ящерицы, которыйпозволяет визуально исследовать структурные характеристики кристаллических пластинок в коже, такие как их размер, длина и расположение. Эти изображения не только радуют глаз, но и дают ученым важные подсказки для интерпретации свойств материалов, механизмов заболеваний и функций биологических тканей.Цифры1. Уltrastructure кожи ящерицы/30 кВ/STEMВ области электронной науки СЭМ помогает инженерам детально исследовать крошечные паяные соединения и проводники на печатных платах, чтобы гарантировать точность и надежность технологии. В материаловедении СЭМ может использоваться для анализа поверхностей изломов металлических сплавов, оптимизации промышленного дизайна и технологии обработки. В биологических приложениях СЭМ может отображать поверхностную структуру бактерий и даже наблюдать взаимодействия между вирусами и клетками-хозяевами. Цифры2. СЭМ3200/Обычный чип2/10 кВ/ЭТДSEM — это не просто машина; это скорее дотошный детектив, который помогает нам раскрывать микроскопические секреты природы и созданных человеком объектов, обеспечивая мощную поддержку научных исследований и технологических инноваций. Благодаря SEM ученые могут лучше понять природу материалов, структуру биологических тканей и суть различных сложных явлений, расширяя границы наших знаний. Распространенные заблуждения о SEM: 1. Являются ли изображения, полученные с помощью СЭМ, истинными по цвету? СЭМ создает черно-белые изображения, поскольку они являются результатом взаимодействия электронов с образцом, а не световых волн. Цветные изображения СЭМ, которые обычно видны, подвергаются постобработке с использованием цифровых методов окраски для различения различных структур или улучшения визуальных эффектов. 2. Всегда ли большее увеличение лучше? Хотя СЭМ может обеспечить чрезвычайно высокое увеличение, не все исследования требуют максимального увеличения. Чрезмерное увеличение за пределами масштаба характеристик образца не только увеличивает время сканирования, но и может привести к увеличению нерелевантной информации. 3. Может ли СЭМ видеть атомы? Хотя СЭМ обеспечивает высокое разрешение, он часто не может достичь уровня наблюдения отдельных атомов. Для наблюдения структур в атомном масштабе обычно требуются просвечивающие электронные микроскопы (ПЭМ) или сканирующие туннельные микроскопы (СТМ). 4. Подходит ли СЭМ только для твердых и неживых образцов? Хотя СЭМ изначально был разработан для твердых материалов, современные технологии позволяют та...

Команда профессора Ян Ю в USTC использовала the CIQTEK СконсервированиеЭлектронМмикроскоп СЭМ3200 для изучения морфологии после циклирования. Разработан аморфный углерод с контролируемыми дефектами в качестве материала-кандидата для искусственного слоя интерфейса, уравновешивающего калиефильность и каталитическую активность. Исследовательская группа подготовила серию углеродных материалов с различной степенью дефектов (обозначенных как SC-X, где X представляет собой температуру карбонизации) путем регулирования температуры карбонизации. Исследование показало, что SC-800 с чрезмерным количеством дефектов вызывал существенное разложение электролита, что приводило к неравномерной пленке SEI и сокращению срока службы цикла. SC-2300 с наименьшим количеством дефектов имел недостаточное сродство к калию и легко индуцировал рост дендритов калия. SC-1600, который обладал локально упорядоченным углеродным слоем, демонстрировал оптимизированную структуру дефектов, достигая наилучшего баланса между калийфильностью и каталитической активностью. Он мог регулировать разложение электролита и образовывать плотную и однородную пленку SEI. Экспериментальные результаты показали, что SC-1600@K демонстрирует долговременную циклическую стабильность до 2000 часов при плотности тока 0,5 мА см-2 и емкостью 0,5 мАч см-2. Даже при более высокой плотности тока (1 мА см-2) и емкость (1 мАч см-2), он сохранил превосходные электрохимические характеристики со стабильными циклами, превышающими 1300 часов. При тестировании полного элемента в сочетании с положительным электродом PTCDA он сохранил 78% емкости после 1500 циклов при плотности тока 1 А/г, продемонстрировав выдающуюся стабильность цикла. Это исследование под названием«Балансировка калийфильности и каталитической активности искусственного интерфейсного слоя для бездендритных натрий/калий-металлических батарей»,был опубликован вПродвинутые материалы.Рисунок 1:Представлены результаты анализа микроструктуры образцов углерода (SC-800, SC-1600 и SC-2300), приготовленных при различных температурах карбонизации. С помощью таких методов, как рентгеновская дифракция (XRD), спектроскопия Рамана, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (XPS) и широкоугольное рентгеновское рассеяние (WAXS), были проанализированы кристаллическая структура, уровень дефектов и легирование кислородом и азотом этих образцов. Результаты показали, что с повышением температуры карбонизации дефекты в углеродных материалах постепенно уменьшались, а кристаллическая структура становилась более упорядоченной. Рисунок 2:Распределение плотности тока во время роста металлического калия на различных композитных отрицательных электродах было проанализировано с помощью моделирования методом конечных элементов. Результаты моделирования показали, что композитный электрод SC-1600@K продемонстрировал равномерное распределение тока во время осаждения калия, что помогло эффективно подавить рост дендритов. Кроме того, модуль Юнга слоя SEI был измерен с помощью атомно-сил...

Дифракция обратного рассеяния электронов (EBSD) — широко используемый метод микроскопии в материаловедении. Он анализирует углы и разности фаз обратно рассеянных электронов, возникающих при взаимодействии образца с пучком электронов высокой энергии, для определения ключевых характеристик, таких как кристаллическая структура и ориентация зерен. По сравнению с традиционнымСконсервирование Электрон Ммикроскоп (СЭМ)EBSD обеспечивает более высокое пространственное разрешение и позволяет получать кристаллографические данные на субмикронном уровне, предлагая беспрецедентную детализацию для анализа микроструктур материалов. Характеристики метода EBSD EBSD объединяет возможности микроанализаПросвечивающий электронный микроскоп (ТЕА) и возможности статистического анализа большой площади рентгеновской дифракции. EBSD известен своим высокоточным анализом кристаллической структуры, быстрой обработкой данных, простым процессом подготовки образцов и способностью объединять кристаллографическую информацию с микроструктурной морфологией в исследованиях по материаловедению. SEM, оснащенный системой EBSD, не только предоставляет информацию о микроморфологии и составе, но и позволяет проводить микроскопический анализ ориентации, что значительно облегчает работу исследователей. Применение EBSD в СЭМ В СЭМ при взаимодействии электронного пучка с образцом возникают различные эффекты, включая дифракцию электронов на регулярно расположенных плоскостях кристаллической решетки. Эти дифракции формируют «картину Кикучи», которая не только содержит информацию о симметрии кристаллической системы, но и напрямую соответствует углу между кристаллическими плоскостями и кристаллографическими осями, с прямой связью с типом кристаллической системы и параметрами решетки. Эти данные могут быть использованы для идентификации кристаллических фаз с помощью техники EBSD, и для известных кристаллических фаз ориентация картины Кикучи напрямую соответствует ориентации кристалла. Компоненты системы EBSD Для проведения EBSD-анализа необходим комплект оборудования, включающийСЭлектронный микроскоп для консервирования и требуется система EBSD. Ядром системы является SEM, который производит пучок электронов высокой энергии и фокусирует его на поверхности образца. Аппаратная часть системы EBSD обычно включает чувствительную камеру CCD и систему обработки изображений. Камера CCD используется для захвата изображений обратно рассеянных электронов, а система обработки изображений используется для выполнения усреднения шаблонов и вычитания фона для извлечения четких шаблонов Кикучи. Работа детектора EBSD Получение EBSD-паттернов Кикучи в SEM относительно просто. Образец наклоняется под большим углом относительно падающего электронного пучка для усиления сигнала обратного рассеяния, который затем принимается флуоресцентным экраном, подключенным к ПЗС-камере. EBSD можно наблюдать напрямую или после усиления и сохранения изображений. Программное обеспечение может калибровать паттерны для получения кристалл...