Festkörper-Lithium-Metall-Batterien (SSLMBs) gelten weithin als Energiequelle der nächsten Generation für Elektrofahrzeuge und großtechnische Energiespeicher und bieten eine hohe Energiedichte und ausgezeichnete Sicherheit. Ihre Kommerzialisierung wurde jedoch lange durch die geringe Ionenleitfähigkeit der Festelektrolyte und die unzureichende Grenzflächenstabilität an der Festkörper-Festkörper-Grenzfläche zwischen Elektroden und Elektrolyten eingeschränkt. Trotz signifikanter Fortschritte bei der Verbesserung der Ionenleitfähigkeit stellt das Versagen der Grenzfläche unter hoher Stromdichte oder bei niedrigen Betriebstemperaturen weiterhin ein großes Problem dar. Ein Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Feiyu Kang, Prof. Yanbing He, Assoc. Prof. Wei Lü und Asst. Prof. Tingzheng Hou vom Institut für Materialforschung der Tsinghua Shenzhen International Graduate School (SIGS) hat in Zusammenarbeit mit Prof. Quanhong Yang von der Universität Tianjin einen Vorschlag unterbreitet. neuartiges Designkonzept einer duktilen Festelektrolyt-Grenzschicht (SEI) um diese Herausforderung zu bewältigen. Ihre Studie mit dem Titel „Eine duktile Festelektrolyt-Grenzschicht für Festkörperbatterien“ wurde kürzlich veröffentlicht in Natur Die CIQTEK FE-SEM ermöglicht hochauflösende Grenzflächencharakterisierung In dieser Studie nutzte das Forschungsteam die CIQTEK Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop ( SEM4000X ) für mikrostrukturelle Charakterisierung der Festkörper-Festkörper-Grenzfläche. Das FE-SEM von CIQTEK lieferte Hochauflösende Bildgebung und exzellenter Oberflächenkontrast Dadurch können Forscher die Morphologieentwicklung und die Integrität der Grenzfläche während des elektrochemischen Zyklierens präzise beobachten. Duktile SEI: Ein neuer Weg jenseits des reinen Festigkeitsprinzips Paradigma Herkömmliche, anorganisch reichhaltige SEIs sind zwar mechanisch steif, neigen aber während des Lade-Entlade-Zyklus zu Sprödbrüchen, was zu Lithiumdendritenwachstum und einer schlechten Grenzflächenkinetik führt. Das Team der Tsinghua-Universität löste sich vom Paradigma der reinen Festigkeit, indem es die Duktilität als zentrales Designkriterium für SEI-Materialien hervorhob. Mithilfe des Pugh-Verhältnisses (B/G ≥ 1,75) als Indikator für die Duktilität und KI-gestütztem Screening identifizierten sie Silbersulfid (Ag₂S) und Silberfluorid (AgF) als vielversprechende anorganische Komponenten mit überlegener Verformbarkeit und niedrigen Lithiumionen-Diffusionsbarrieren. Aufbauend auf diesem Konzept entwickelten die Forscher einen organisch-anorganischen Komposit-Festelektrolyten mit AgNO₃-Zusätzen und Ag/LLZTO (Li₆.₇₅La₃Zr₁.₅Ta₀.₅O₁₂)-Füllstoffen. Während des Batteriebetriebs wandelte eine In-situ-Verdrängungsreaktion die spröden Li₂S/LiF-SEI-Komponenten in duktile Ag₂S/AgF-Schichten um und bildete so eine Gradienten-SEI-Struktur mit „weicher Außenseite und starkem Kern“. Dieser mehrschichtige Aufbau reduziert effektiv die Grenzflächenspannungen, erhält die strukt...

Kürzlich wurde der Nobelpreis für Chemie 2025 an Susumu Kitagawa, Richard Robson und Omar Yaghi verliehen, in Anerkennung „ihrer Entwicklung von Metall-organischen Gerüstverbindungen (MOFs)“. Die drei Preisträger schufen Molekülstrukturen mit riesigen Innenräumen, durch die Gase und andere chemische Verbindungen strömen können. Diese als Metall-organische Gerüstverbindungen (MOFs) bekannten Strukturen finden Anwendung in vielen Bereichen, von der Wassergewinnung aus Wüstenluft und der Kohlendioxidabscheidung über die Speicherung giftiger Gase bis hin zur Katalyse chemischer Reaktionen. Metall-organische Gerüstverbindungen (MOFs) sind eine Klasse kristalliner poröser Materialien, die aus Metallionen oder -clustern bestehen, die über organische Liganden verknüpft sind (Abbildung 1). Ihre Struktur kann man sich als dreidimensionales Netzwerk aus „Metallknoten + organischen Linkern“ vorstellen, das die Stabilität anorganischer Materialien mit der Designflexibilität der organischen Chemie vereint. Diese vielseitige Konstruktion ermöglicht die Zusammensetzung von MOFs aus nahezu jedem Metall des Periodensystems und einer Vielzahl von Liganden wie Carboxylaten, Imidazolaten oder Phosphonaten, was eine präzise Kontrolle über Porengröße, Polarität und chemische Umgebung ermöglicht. Abbildung 1. Schema eines Metall-organischen Gerüsts Seit dem Aufkommen der ersten permanent porösen MOFs in den 1990er Jahren wurden Tausende von Strukturgerüsten entwickelt, darunter klassische Beispiele wie HKUST-1 und MIL-101. Sie weisen ultrahohe spezifische Oberflächen und Porenvolumina auf und bieten einzigartige Eigenschaften für die Gasadsorption, Wasserstoffspeicherung, Trennung, Katalyse und sogar die Arzneimittelabgabe. Einige flexible MOFs können als Reaktion auf Adsorption oder Temperatur reversible Strukturänderungen erfahren und dynamische Verhaltensweisen wie „Atmungseffekte“ zeigen. Dank ihrer Vielfalt, Anpassbarkeit und Funktionalisierung sind MOFs zu einem zentralen Thema der porösen Materialforschung geworden und bieten eine solide wissenschaftliche Grundlage für die Untersuchung der Adsorptionsleistung und Charakterisierungsmethoden. MOF-Charakterisierung Die grundlegende Charakterisierung von MOFs umfasst typischerweise Pulver-Röntgenbeugungsmuster (PXRD) zur Bestimmung der Kristallinität und Phasenreinheit sowie Stickstoff-(N₂)-Adsorptions-/Desorptionsisothermen zur Validierung der Porenstruktur und Berechnung der scheinbaren Oberfläche. Zu den weiteren häufig verwendeten ergänzenden Techniken gehören: Thermogravimetrische Analyse (TGA) : Bewertet die thermische Stabilität und kann in einigen Fällen das Porenvolumen schätzen. Wasserstabilitätstests : Bewertet die strukturelle Stabilität in Wasser und unter verschiedenen pH-Bedingungen. Rasterelektronenmikroskopie (REM) : Misst Kristallgröße und -morphologie und kann mit energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDS) zur Bestimmung der Elementzusammensetzung und -verteilung kombiniert werden. Kernspinreson...

Mit der zunehmenden Industrialisierung und dem kontinuierlichen Anstieg der Schadstoffemissionen stellt organisches Abwasser eine ernsthafte Bedrohung für Ökosysteme und die menschliche Gesundheit dar. Statistiken zeigen, dass der Energieverbrauch für die industrielle Abwasserbehandlung 28 % des weltweiten Energieverbrauchs für die Wasseraufbereitung ausmacht. Die herkömmliche Fenton-Technologie leidet jedoch unter der Katalysatordeaktivierung, was zu einer geringen Behandlungseffizienz führt. Metallbasierte Katalysatoren in fortschrittlichen Oxidationsprozessen sind mit häufigen Engpässen konfrontiert: Der Redox-Zyklus kann nicht effektiv aufrechterhalten werden, Elektronentransferwege sind eingeschränkt, und traditionelle Herstellungsmethoden basieren auf hohen Temperaturen und hohem Druck mit Ausbeuten von nur 11–15 %. Um diese Herausforderungen zu bewältigen, hat ein Forschungsteam von Technische Universität Dalian entwickelten einen Cu-C-Nanokatalysator durch gerichtete Kopplung von kommerzieller Zellulose mit Kupferionen mittels nasschemischer galvanischer Austauschmethode. Darüber hinaus etablierten sie ein neuartiges Abbausystem mit Zweikanal-Katalysemechanismus (Radikalweg + direkter Elektronentransfer) und breite pH-Anpassungsfähigkeit. Das Material erreichte einen Tetracyclin-Abbau von 65 % innerhalb von 5 Minuten (gegenüber

Die Grenzen des Bioprintings erweitern mit CIQTEK SEM Am Institut für Intelligente Medizin und Biomedizintechnik der Universität Ningbo befassen sich Forscher mit medizinischen Herausforderungen der realen Welt, indem sie Materialwissenschaft, Biologie, Medizin, Informationstechnologie und Ingenieurwesen miteinander verbinden. Das Institut hat sich schnell zu einem Zentrum für tragbare und ferngesteuerte Innovationen im Gesundheitswesen, fortschrittliche medizinische Bildgebung und intelligente Analyse entwickelt und zielt darauf ab, bahnbrechende Erkenntnisse aus dem Labor in die klinische Praxis umzusetzen. Kürzlich berichtete Dr. Lei Shao, stellvertretender Dekan des Instituts, über die Höhepunkte seiner Forschungsreise und wie CIQTEKs hochmodernes SEM treibt die Entdeckungen seines Teams voran. CIQTEK SEM am Institut für Intelligente Medizin und Biomedizintechnik der Universität Ningbo Die Zukunft drucken: Von Miniaturherzen bis zu Gefäßnetzwerken Seit 2016 ist Dr. Shao Pionierarbeit Bioproduktion und 3D-Biodruck , mit dem Ziel, lebendes, funktionelles Gewebe außerhalb des menschlichen Körpers zu konstruieren. Die Arbeit seines Teams umfasst 3D-gedruckte Miniaturherzen bis hin zu komplexen vaskularisierten Strukturen, mit Anwendungen im Arzneimittelscreening, der Krankheitsmodellierung und der regenerativen Medizin. Ein 3D-gedrucktes Miniaturherz Mit finanzieller Unterstützung der National Natural Science Foundation of China und lokaler Forschungseinrichtungen konnte sein Labor mehrere Durchbrüche erzielen: Intelligente Bioprinting-Strategien : Verwendung von Seilwickeleffekten in Flüssigkeiten mit koaxialem Bioprinting zur Herstellung von Mikrofasern mit kontrollierter Morphologie, wodurch die Schaffung vaskulärer Organoide ermöglicht wird. Kryokonservierbare Zellmikrofasern : Entwicklung standardisierter, skalierbarer und kryokonservierbarer zellulärer Mikrofasern durch koaxiales Bioprinting mit hohem Potenzial für 3D-Zellkulturen, Organoidherstellung, Arzneimittelscreening und Transplantation. Opfer-Biotinten : Drucken mesoskopischer poröser Netzwerke mithilfe von Opfer-Mikrogel-Biotinten, um Nährstoffpfade für eine effektive Sauerstoff-/Nährstoffzufuhr aufzubauen. Komplexe Gefäßsysteme : Aufbau komplexer Gefäßnetzwerke mit koaxialem Bioprinting bei gleichzeitiger Induktion der In-situ-Ablagerung von Endothelzellen, wodurch Herausforderungen bei der Vaskularisierung komplexer Strukturen gelöst werden. Anisotrope Gewebe : Erstellen anisotroper Gewebe mithilfe von scherorientierten Biotinten und Vorscherdruckverfahren. Konstrukte mit hoher Zelldichte : Vorschlag einer originellen Drucktechnik mit flüssigen Partikeln als Trägerbad für Biotinten mit hoher Zelldichte, mit der lebensechte bioaktive Gewebe erzielt und gleichzeitig der langjährige Kompromiss zwischen Druckbarkeit und Zelllebensfähigkeit beim extrusionsbasierten Biodruck überwunden werden kann. Diese Fortschritte ebnen den Weg für funktionelle, transplantierbare Gewebe und mögliche...

Kürzlich erzielte ein Team unter der Leitung von Wang Haomin vom Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology der Chinesischen Akademie der Wissenschaften bedeutende Fortschritte bei der Untersuchung des Magnetismus von Zickzack-Graphen-Nanobändern (zGNRs) mithilfe eines CIQTEK Raster-Stickstoffleerstellen-Mikroskop (SNVM) . Aufbauend auf früheren Forschungen ätzte das Team hexagonales Bornitrid (hBN) mit Metallpartikeln vor, um orientierte Atomgräben zu erzeugen. Anschließend verwendete es ein katalytisches CVD-Verfahren (Chemical Vapor Deposition), um chirale Graphen-Nanobänder in den Gräben kontrolliert herzustellen. Dadurch entstanden etwa 9 nm breite zGNR-Proben, eingebettet in das hBN-Gitter. Durch die Kombination von SNVM- und magnetischen Transportmessungen konnte das Team den intrinsischen Magnetismus experimentell direkt bestätigen. Diese bahnbrechende Entdeckung legt einen soliden Grundstein für die Entwicklung graphenbasierter Spinelektronik-Bauelemente. Die Forschungsergebnisse mit dem Titel „Signatures of magnetism in zigzag graphene nanoribbons embedded in a hexagonal boron nitride lattice“ wurden in der renommierten Fachzeitschrift „Signatures of magnetism in zigzag graphene nanoribbons embedded in a hexagonal boron nitride lattice“ veröffentlicht. "Naturmaterialien". Graphen ist ein einzigartiges zweidimensionales Material mit p-Orbitalelektronen, die sich grundlegend von den lokalisierten magnetischen Eigenschaften d/f-Orbitalelektronen in herkömmlichen magnetischen Materialien unterscheiden. Dies eröffnet neue Forschungsrichtungen für die Erforschung des reinen kohlenstoffbasierten Magnetismus. Zickzack-Graphen-Nanobänder (zGNRs), die möglicherweise einzigartige magnetische elektronische Zustände nahe dem Fermi-Niveau aufweisen, bergen vermutlich großes Potenzial im Bereich der Spinelektronik-Geräte. Die Erkennung des Magnetismus von zGNRs durch elektrische Transportmethoden ist jedoch mit zahlreichen Herausforderungen verbunden. Beispielsweise sind von unten nach oben zusammengesetzte Nanobänder oft zu kurz, um Geräte zuverlässig herzustellen. Darüber hinaus kann die hohe chemische Reaktivität der zGNR-Ränder zu Instabilität oder ungleichmäßiger Dotierung führen. Darüber hinaus kann die starke antiferromagnetische Kopplung der Randzustände in schmaleren zGNRs die elektrische Erkennung ihrer magnetischen Signale erschweren. Diese Faktoren erschweren die direkte Erkennung des Magnetismus in zGNRs. Im hBN-Gitter eingebettete zGNRs weisen eine höhere Kantenstabilität auf und verfügen über ein inhärentes elektrisches Feld, was ideale Bedingungen für die Erkennung des Magnetismus von zGNRs schafft. In der Studie verwendete das Team CIQTEK s Raumtemperatur-SNVM um die magnetischen Signale von zGNRs direkt bei Raumtemperatur zu beobachten. Abbildung 1: Magnetische Messung von zGNR eingebettet in ein hexagonales Bornitridgitter mit Scannen Stickstoffleerstellenmikroskop In Messungen des elektrischen Transports zeigten d...