p (Phys.org) —Em um caso raro de ter seu bolo e comê-lo também, cientistas do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) e outras instituições desenvolveram um conjunto de ferramentas que lhes permite explorar o complexo interior de minúsculos, baterias multicamadas que eles criaram. Ele fornece uma visão sobre o desempenho das baterias sem destruí-las - resultando em uma sonda útil para cientistas e uma fonte de energia potencial para micromáquinas. p As baterias microscópicas de íons de lítio são criadas pegando um fio de silício de alguns micrômetros de comprimento e cobrindo-o em camadas sucessivas de diferentes materiais. Em vez de um bolo, Contudo, cada bateria acabada se parece mais com uma pequena árvore.

p A analogia se torna óbvia quando você vê as baterias presas por suas raízes a bolachas de silício e agrupadas aos milhões em "nanoflorestas, "como a equipe os dubla.

p Mas são as camadas parecidas com bolo que permitem que as baterias armazenem e descarreguem eletricidade, e até mesmo ser recarregado. Esses talentos podem torná-los valiosos para alimentar MEMS autônomos - máquinas microeletromecânicas - que têm aplicações potencialmente revolucionárias em muitos campos.

p Com tantas camadas que podem variar em espessura, morfologia e outros parâmetros, é crucial saber a melhor maneira de construir cada camada para melhorar o desempenho da bateria, como a equipe descobriu em pesquisas anteriores. ** Mas a microscopia eletrônica de transmissão convencional (TEM) não poderia fornecer todos os detalhes necessários, então a equipe criou uma nova técnica que envolveu a varredura multimodo de imagens TEM (STEM). Com STEM, elétrons iluminam a bateria, que os espalha em uma ampla gama de ângulos. Para ver o máximo de detalhes possível, a equipe decidiu usar um conjunto de detectores de elétrons para coletar elétrons em uma ampla gama de ângulos de espalhamento, um arranjo que deu a eles muitas informações estruturais para montar uma imagem clara do interior da bateria, até o nível da nanoescala.

p O conjunto de ferramentas promissor de técnicas de microscopia eletrônica ajudou os pesquisadores a encontrar maneiras melhores de construir as baterias minúsculas. "Tínhamos muitas opções de quais materiais depositar e em quais espessuras, e muitas teorias sobre o que fazer, "diz o membro da equipe Vladimir Oleshko." Mas agora, como resultado de nossas análises, temos evidências diretas da melhor abordagem.

p "Os fabricantes de MEMS podem fazer uso das próprias baterias, um milhão dos quais podem ser fabricados em um centímetro quadrado de uma pastilha de silício. Mas os mesmos fabricantes também podem se beneficiar do conjunto de ferramentas analíticas da equipe. Oleshko aponta que os jovens, campo emergente de manufatura aditiva, que cria dispositivos através da construção de materiais componentes camada por camada, frequentemente precisa analisar suas criações de uma forma não invasiva. Para esse trabalho, a abordagem da equipe pode levar o bolo.