Enquanto os médicos usam raios-X para ver os ossos quebrados dentro de nossos corpos, cientistas desenvolveram uma nova técnica de raios-X para ver o interior de nanopartículas continuamente empacotadas, também conhecido como grãos, para examinar deformações e deslocamentos que afetam suas propriedades.

Em um novo estudo publicado na última sexta-feira em Ciência , pesquisadores do Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia dos EUA (DOE) usaram uma técnica de espalhamento de raios-X chamada imagem de difração coerente de Bragg para reconstruir em 3-D o tamanho e a forma dos defeitos do grão. Esses defeitos criam imperfeições na estrutura dos átomos dentro de um grão que podem dar origem a propriedades e efeitos materiais interessantes.

"Esta técnica fornece uma sensibilidade muito alta a deslocamentos atômicos, bem como a capacidade de estudar materiais sob uma série de diferentes condições realistas, como altas temperaturas, "disse o físico de Argonne Wonsuk Cha, um autor do artigo.

"Se você quiser mapear o interior do grão, para ver a rede de deslocamentos, esta é uma técnica emocionante, "acrescentou o cientista de materiais da Argonne, Andrew Ulvestad, outro autor.

Nos últimos dez anos, os cientistas examinaram a estrutura defeituosa de nanopartículas separadas. Mas os cientistas não tinham uma maneira de olhar para as distorções na estrutura cristalina dos grãos que formavam filmes contínuos de material, como aqueles encontrados em algumas células solares ou certos materiais catalíticos.

Na imagem de difração coerente de Bragg, cientistas projetam raios-X em uma amostra, que dispersam os átomos na estrutura do material. Ao observar os padrões de espalhamento, os cientistas podem reconstruir a composição do material em 3-D. Com pequenas nanopartículas isoladas, essas informações são relativamente fáceis de coletar, mas para filmes finos existem complicações adicionais. "É como tentar descobrir onde Paul McCartney está na foto icônica de Abbey Road em vez de tentar descobrir onde está o sexto violinista em uma grande orquestra, "Ulvestad disse.

A pesquisa se concentrou em uma área específica entre as partículas, conhecida como "limite de grão, "uma região que causa a maioria dos fenômenos materiais interessantes." O contorno do grão pode ser pensado como uma linha de falha em uma placa tectônica, "Ulvestad disse." Isso governa muitas atividades subjacentes. "

Ulvestad mencionou especificamente células solares de película fina, uma tecnologia fotovoltaica promissora, como um exemplo notável de um tipo de material tecnologicamente interessante que poderia se beneficiar do estudo. "Esses são materiais geralmente muito complicados, cujo comportamento é amplamente determinado pelos átomos que estão na linha de frente, 'perto dos limites dos grãos, " ele disse.

Os deslocamentos próximos aos limites dos grãos são controlados pela estrutura do defeito no material, e Ulvestad espera que, à medida que os cientistas ganham a capacidade de controlar a síntese e o posicionamento dos defeitos, eles também serão capazes de controlar o comportamento dos materiais próximos ao limite do grão.

Ao usar os raios X de alta energia especialmente penetrantes produzidos pela Fonte Avançada de Fótons de Argonne, os pesquisadores puderam observar a deformação da estrutura cristalina em tempo real.

Um artigo baseado no estudo, "Imagem difrativa coerente de Bragg da dinâmica de defeito de grão único em filmes policristalinos, "apareceu online em Ciência em 19 de maio.