Os policristais são materiais sólidos que são compostos de muitos pequenos cristais. Os pontos onde os cristais se encontram são conhecidos como contornos de grão (GBs). GBs são importantes porque podem afetar a maneira como o sólido se comporta. No entanto, as técnicas de análise convencionais são incapazes de medir o detalhe em nanoescala em GBs. Agora, pesquisadores do Instituto de Ciência Industrial da Universidade de Tóquio usaram a espectroscopia de perda de energia de elétrons (EELS) para investigar o efeito do aquecimento nos GBs de titanato de estrôncio (SrTiO₃ ). Suas descobertas são publicadas em Nano Letters .
GBs afetam a maneira como os íons se movem através de um material, a maneira como conduzem e reagem ao calor e a maneira como respondem quando as forças são aplicadas. Eles, portanto, desempenham um papel importante para decidir se um material é adequado para uma finalidade específica.

O coeficiente de expansão térmica (CTE) indica como o tamanho de um material muda quando é aquecido. Se isso for diferente em torno dos GBs em comparação com a massa de um material, então as rachaduras podem se formar. Isso pode levar a falhas em grande escala, que podem ter sérias implicações para a estrutura ou processo em que o material foi usado.

As técnicas convencionalmente usadas para investigar a expansão térmica local não possuem a resolução em nanoescala necessária para medir diretamente a expansão ao redor dos GBs. Os pesquisadores, portanto, usaram EELS com microscopia eletrônica de varredura para melhorar a resolução.

"Analisamos a expansão térmica em torno de dois GBs diferentes em SrTiO₃ —um onde os grãos se encontraram em um ângulo de 36,8° (que tem o nome particular S5) e outro onde eles se encontraram em 45°", explica o primeiro autor do estudo Kunyen Liao. "Especificamente, investigamos como o CTE mudou perpendicularmente a esses GBs quando a temperatura foi aumentada na faixa de 100-700°C."

Constatou-se que o CTE perpendicular ao S5 GB foi 3 vezes maior que a expansão no bulk, enquanto o perpendicular ao 45° GB foi apenas 1,4 vezes maior. As descobertas fornecem evidências diretamente medidas de que os GBs melhoram o CTE, o que tem implicações importantes para a escolha de materiais específicos de aplicação.

"Além de revelar a variação nas propriedades termodinâmicas em diferentes GBs em SrTiO₃ , nossas descobertas demonstram o potencial do EELS para fornecer detalhes em nanoescala de propriedades locais", diz o autor correspondente do estudo Teruyasu Mizoguchi. "Esperamos que nosso estudo forneça um meio de estabelecer as propriedades térmicas locais de uma variedade de materiais diferentes e ajude na seleção processo para muitos produtos, de peças automotivas a eletrônicos." + Explore mais

Visualizando o transporte de temperatura:uma técnica inesperada para caracterização em nanoescala