p Micrografia eletrônica de transmissão de varredura (esquerda) e modelo estrutural (direita) para um pedido, nanoestruturado, fase romboédrica, SrCrO2.8 mostrando planos de SrO2 deficientes em oxigênio, que permitem a difusão fácil do ânion de oxigênio em baixa temperatura. As esferas mais brilhantes são os íons de estrôncio; esferas menos brilhantes são íons de cromo. Os ânions de oxigênio são quase imperceptíveis, e as vagas de oxigênio aparecem em preto.
p Aproveitando a tendência natural dos átomos de cromo para evitar certos ambientes de ligação, cientistas do Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico geraram um material que permite que o oxigênio se mova com muita eficiência, e a temperaturas relativamente baixas. Especificamente, eles descobriram que suas tentativas de fazer SrCrO metálico
3 levam, em vez disso, à formação de SrCrO semicondutor
2,8 . Como o cromo como um íon com uma carga de +4 não gosta de formar ligações de 90º com o oxigênio, como deve ser no SrCrO
3 , SrCrO
2,8 formas em vez disso com uma estrutura de cristal completamente diferente. Este material contém planos deficientes de oxigênio, através dos quais o oxigênio pode se difundir com muita facilidade. p "Se as vacâncias de oxigênio estiverem presentes em concentrações altas o suficiente, eles podem agregar e formar novas estruturas ordenadas, "disse o especialista em materiais Dr. Scott Chambers, o pesquisador do PNNL Laboratory Fellow que liderou a pesquisa. "Essas estruturas ordenadas podem ter propriedades não observadas no romance de criação de hospedeiros, cristais de mesoescala. "
p Como uma nação, estamos sempre procurando criar dispositivos novos e aprimorados. Ainda, os limites do que pode ser alcançado com materiais convencionais, como eletrônicos à base de silício, estão claramente no horizonte. Este trabalho representa um importante avanço científico relevante para aumentar a eficiência das células de combustível de óxido sólido, que requerem óxidos capazes de absorver e transmitir ânions de oxigênio em baixa temperatura.
p "Como um benefício adicional, matrizes ordenadas de vacâncias de oxigênio podem permitir a separação espacial de graus de liberdade vibracional e eletrônica, "disse Chambers." Esta propriedade seria útil em, por exemplo, aumentando o desempenho das termelétricas. "
p Usando uma combinação de métodos experimentais e teóricos, cientistas do PNNL fizeram filmes cristalinos ultra-puros e sondaram suas propriedades. Eles usaram epitaxia de feixe molecular para preparar os filmes. Para caracterizar os filmes, eles usaram microscopia eletrônica de transmissão de varredura, espectroscopia de perda de energia de elétrons, Difração de raios-X, Raios-X e fotoemissão ultravioleta, absorção óptica, e transporte elétrico. Eles usaram modelagem de primeiros princípios para determinar as transformações estruturais e a cinética de difusão do ânion de oxigênio.
p Eles determinaram que o acúmulo de vacâncias de oxigênio na perovskita cúbica SrCrO
3 (P-SCO) resulta na formação de um nanoestruturado, fase romboédrica, SrCrO
2,8 (R-SCO). A versão romboédrica possui propriedades eletrônicas e ópticas bastante diferentes em comparação com o P-SCO.
p A equipe demonstrou que R-SCO pode ser reversivelmente oxidado a P-SCO sob leve (500
o
C) e condições experimentais facilmente controladas, e que a estrutura R-SCO dá origem a uma condutividade do íon oxigênio muito mais fácil do que o P-SCO. Esta propriedade é extremamente importante para a tecnologia de células de combustível de óxido sólido, onde a cinética da reação de redução de oxigênio e a condutividade do íon óxido no cátodo atualmente requerem altas temperaturas, cerca de 800
o
C, o que é um obstáculo significativo para melhorar a eficiência energética geral das células de combustível.
p “Esta pesquisa pode auxiliar na busca por outras estruturas semelhantes com características sob medida, "disse o Dr. Peter Sushko, um cientista que fez a modelagem teórica e lidera o Grupo de Ciência de Materiais do PNNL.
p No curto prazo, a equipe planeja aplicar o entendimento obtido ao depoimento, caracterização, e compreensão da cromita de lantânio dopada com estrôncio epitaxial. Este material é de importância potencial na coleta de luz visível e, com base em medições preliminares no PNNL, pode ser um óxido condutor transparente do tipo p. A longo prazo, a equipe planeja explorar o fenômeno observado para realizar a nanofabricação de novas estruturas catalíticas heterogêneas depositando quantidades de sub-monocamada de metais cataliticamente importantes na superfície de R-SCO, e usando a interseção dos planos defeituosos com a superfície livre para ordenar os átomos de metal que chegam em nanofios.
