Anwendungen

Natrium-Ionen-Batterien (SIBs) gewinnen aufgrund des hohen Natriumgehalts der Erdkruste (2,6 % gegenüber 0,0065 % bei Lithium) als kostengünstige Alternative zu Lithium-Ionen-Batterien an Bedeutung. Trotzdem weisen SIBs noch immer eine geringere Energiedichte auf, was den Bedarf an Elektrodenmaterialien mit hoher Kapazität unterstreicht. Hartkohlenstoff ist aufgrund seines geringen Natriumspeicherpotenzials und seiner hohen Kapazität ein starker Kandidat für SIB-Anoden. Faktoren wie die Mikrodomänenverteilung des Graphits, geschlossene Poren und Defektkonzentration wirken sich jedoch erheblich auf die anfängliche Coulomb-Effizienz (ICE) und die Stabilität aus. Modifikationsstrategien stoßen an Grenzen. Heteroatomdotierung kann die Kapazität erhöhen, aber die ICE senken. Herkömmliche CVD unterstützt die Bildung geschlossener Poren, hat aber den Nachteil einer langsamen Methanzersetzung, langer Zyklen und Defektbildung. Das Team von Professor Yan Yu an der University of Science and Technology of China (USTC) nutzte die CIQTEK Rasterelektronenmikroskop (REM) um die Morphologie verschiedener Hartkohlenstoffmaterialien zu untersuchen. Das Team entwickelte ein katalysatorgestütztes Verfahren zur chemischen Gasphasenabscheidung (CVD), um die CH₄-Zersetzung zu fördern und die Mikrostruktur von Hartkohlenstoff zu regulieren. Übergangsmetallkatalysatoren wie Fe, Co und Ni senkten effektiv die Energiebarriere für die CH₄-Zersetzung, wodurch die Effizienz verbessert und die Abscheidungszeit verkürzt wurde. Co und Ni neigten jedoch zu einer übermäßigen Graphitisierung des abgelagerten Kohlenstoffs und bildeten längliche, graphitartige Strukturen sowohl in Quer- als auch in Dickenrichtung, die die Speicherung und den Transport von Natriumionen behinderten. Im Gegensatz dazu erleichterte Fe eine entsprechende Kohlenstoffumlagerung, was zu einer optimierten Mikrostruktur mit weniger Defekten und gut entwickelten Graphitdomänen führte. Diese Optimierung reduzierte die irreversible Natriumspeicherung, verbesserte die anfängliche Coulomb-Effizienz (ICE) und erhöhte die Verfügbarkeit reversibler Na⁺-Speicherplätze. Die optimierte Hartkohlenstoffprobe (HC-2) erreichte eine beeindruckende reversible Kapazität von 457 mAh g⁻¹ und einen hohen ICE von 90,6 %. Darüber hinaus bestätigten In-situ-Röntgenbeugung (XRD) und In-situ-Raman-Spektroskopie einen Natriumspeichermechanismus basierend auf Adsorption, Interkalation und Porenfüllung. Die Studie wurde veröffentlicht in Fortschrittliche Funktionsmaterialien unter dem Titel: Katalysatorgestützte chemische Gasphasenabscheidung von Hartkohlenstoff mit zahlreichen geschlossenen Poren für Hochleistungs-Natrium-Ionen-Batterien. Wie in Abbildung 1a dargestellt, wurde der Hartkohlenstoff mittels katalysatorunterstützter chemischer Gasphasenabscheidung (CVD) synthetisiert, wobei handelsüblicher poröser Kohlenstoff als Vorläufer und Methan (CH₄) als Ausgangsgas verwendet wurden. Abbildung 1d zeigt die Adsorptionsenergien von CH₄ un...

Das Team von Professor Lai Yuekun von der Universität Fuzhou hat innovative Forschung betrieben, um den dringenden Bedarf an stark haftenden Hydrogelen in Bereichen wie tragbaren Sensoren, Softrobotik, Tissue Engineering und Wundverbänden zu decken. Derzeit stehen grenzflächenklebende Materialien vor zwei großen technischen Herausforderungen: Erstens ist es schwierig, einen schnellen und reversiblen Wechsel zwischen haftendem und nicht haftendem Zustand zu erreichen; zweitens ist die Haftung in Umgebungen mit mehreren Flüssigkeiten unzureichend. Kürzlich führte das Team eingehende Studien mit dem CIQTEK Rasterelektronenmikroskop . Das PANC/T-Hydrogel wurde aus Acrylamid (AAm), N-Isopropylacrylamid (NIPAM), einer mizellaren Lösung aus Natriumdodecylsulfat/Methyloctadecylmethacrylat/Natriumchlorid (SDS/OMA/NaCl) und Phosphorwolframsäure (PTA) synthetisiert. Dynamische Wechselwirkungen zwischen PNIPAM-Ketten und SDS ermöglichten bedarfsgerechte Haftung und Trennung. Durch weiteres Einweichen in Fe³⁺-Lösung entstand das PANC/T-Fe-Hydrogel, das in verschiedenen feuchten Umgebungen eine starke Haftung aufweist. Dies führte zur Entwicklung eines intelligenten, schnell reagierenden Hafthydrogels, das unter verschiedenen Feuchtigkeitsbedingungen kontrollierte Haftung und Trennung ermöglicht. Die Studie wurde veröffentlicht in Fortschrittliche Funktionsmaterialien unter dem Titel „Temperaturvermittelte, kontrollierbare Klebehydrogele mit bemerkenswerten Nasshaftungseigenschaften basierend auf dynamischen Wechselwirkungen zwischen den Ketten.“ Synthese und strukturelle Eigenschaften eines steuerbaren adhäsiven Hydrogels PANC/T-Fe-Hydrogel wird durch Copolymerisation von hydrophilem AAm, amphiphilem NIPAM und hydrophobem OMA synthetisiert. PTA fungiert als Vernetzer und bildet Wasserstoffbrücken mit Aminogruppen an Polymerketten, um ein stabiles Netzwerk aufzubauen. Das Team entdeckte, dass Wechselwirkungen zwischen NIPAM und SDS entscheidend für die temperaturempfindliche Haftung des Hydrogels sind. Bei niedrigeren Temperaturen kristallisiert SDS und haftet an PNIPAM-Ketten, wodurch die funktionellen Haftgruppen daran gehindert werden, mit Substraten zu interagieren, was die Haftung verringert. Bei steigender Temperatur schmelzen SDS-Kristalle, wodurch der Kontakt zwischen Haftgruppen und Substraten verbessert und die Haftung deutlich erhöht wird. PTA verbessert die Haftung bei höheren Temperaturen durch physikalische Wechselwirkung mit Polymeraminogruppen; diese Wechselwirkung schwächt sich beim Erhitzen ab, wodurch das Hydrogel weicher wird und mehr Haftstellen entstehen. Die dynamische Regulierung zwischen Polymerketten ermöglicht eine reversible, bedarfsgerechte Haftung. Abbildung 1. Hydrogelsynthese und Mechanismus der reversiblen Nasshaftung. Temperaturregulierungsmechanismus der Haftleistung Durch Vergleichsexperimente bestätigte das Team, dass der synergistische Effekt von NIPAM und der Mizellenlösung entscheidend für die temperaturempfindliche Haft...

ASEinmachen Elektronenmikroskop (REM)ist ein leistungsstarkes Mikroskop, das mit einem hochenergetischen Elektronenstrahl die Oberfläche einer Probe abtastet und die von Elektronen emittierten oder gestreuten Signale erfasst, um hochauflösende Bilder der Probe zu erzeugen Oberfläche. SEM kann Bilder tausend- bis zehntausendfach vergrößern und so eine mikroskopische Welt enthüllen, die für das bloße Auge nicht wahrnehmbar ist. Unter demCIQTEKRasterelektronenmikroskopkönnen wir die feine textile Struktur vonEidechsenhautzellen, welcheermöglicht eine visuelle Untersuchung der strukturellen Eigenschaften kristalliner Platten in der Haut, wie etwa ihrer Größe, Länge und Anordnung. Diese Bilder sind nicht nur ein Augenschmaus, sondern liefern den Wissenschaftlern auch wichtige Hinweise zur Interpretation von Materialeigenschaften, Krankheitsmechanismen und biologischen Gewebefunktionen.Zahlen1. UStruktur der Eidechsenhaut/30 kV/STEMIn der Elektronenforschung unterstützt SEM Ingenieure bei der detaillierten Untersuchung winziger Lötstellen und Leiterbahnen auf Leiterplatten, um die Präzision und Zuverlässigkeit der Technologie sicherzustellen. In der Materialwissenschaft können mithilfe von SEM Bruchflächen von Metalllegierungen analysiert und so Industriedesign und Verarbeitungstechnologie optimiert werden. In biologischen Anwendungen kann SEM die Oberflächenstruktur von Bakterien darstellen und sogar die Wechselwirkung zwischen Viren und Wirtszellen beobachten. Zahlen2. SEM3200/Gewöhnlicher Chip2/10 kV/ETDSEM ist nicht nur eine Maschine; es gleicht vielmehr einem akribischen Detektiv, der uns hilft, die mikroskopischen Geheimnisse der Natur und von Menschenhand geschaffener Objekte zu lüften und so die wissenschaftliche Forschung und technologische Innovation maßgeblich unterstützt. Durch SEM können Wissenschaftler die Beschaffenheit von Materialien, die Struktur biologischen Gewebes und das Wesen verschiedener komplexer Phänomene besser verstehen und so die Grenzen unseres Wissens erweitern. Häufige Missverständnisse über SEM: 1. Sind SEM-Bilder in Echtfarben? Rasterelektronenmikroskope (SEM) erzeugen Schwarzweißbilder, da diese durch die Wechselwirkung von Elektronen mit der Probe und nicht durch Lichtwellen entstehen. Die üblicherweise sichtbaren farbigen Rasterelektronenmikroskopbilder werden mithilfe digitaler Farbtechniken nachbearbeitet, um unterschiedliche Strukturen hervorzuheben oder visuelle Effekte zu verstärken. 2. Ist eine höhere Vergrößerung immer besser? Obwohl SEM extrem hohe Vergrößerungen ermöglichen, ist nicht für alle Untersuchungen eine maximale Vergrößerung erforderlich. Eine übermäßige Vergrößerung über den Maßstab der Probe hinaus erhöht nicht nur die Scanzeit, sondern kann auch zu einer Zunahme irrelevanter Informationen führen. 3. Kann man mit SEM Atome sehen? Obwohl SEM eine hohe Auflösung bietet, reicht sie oft nicht aus, um einzelne Atome zu beobachten. Zur Beobachtung von Strukturen auf atomarer Ebene werden üblicherweis...

Das Team von Professor Yan Yu am USTC nutzte Die CIQTEK SEinmachenEElektronMMikroskop SEM3200 um die Morphologie nach dem Zyklus zu untersuchen. Es wurde amorpher Kohlenstoff mit kontrollierbaren Defekten als Kandidatenmaterial für eine künstliche Grenzflächenschicht entwickelt, die Kaliumophilie und katalytische Aktivität in Einklang bringt. Das Forschungsteam stellte eine Reihe von Kohlenstoffmaterialien mit unterschiedlichem Defektgrad her (bezeichnet als SC-X, wobei X die Karbonisierungstemperatur darstellt), indem es die Karbonisierungstemperatur regulierte. Die Studie ergab, dass SC-800 mit übermäßigen Defekten eine erhebliche Elektrolytzersetzung verursachte, was zu einem ungleichmäßigen SEI-Film und einer verkürzten Lebensdauer führte. SC-2300, mit den wenigsten Defekten, hatte eine unzureichende Affinität zu Kalium und induzierte leicht Kaliumdendritenwachstum. SC-1600, das eine lokal geordnete Kohlenstoffschicht besaß, zeigte eine optimierte Defektstruktur und erreichte das beste Gleichgewicht zwischen Kaliumophilie und katalytischer Aktivität. Es konnte die Elektrolytzersetzung regulieren und einen dichten und gleichmäßigen SEI-Film bilden. Die experimentellen Ergebnisse zeigten, dass SC-1600@K eine Langzeitzyklusstabilität von bis zu 2000 Stunden bei einer Stromdichte von 0,5 mA cm aufwies.-2 und einer Kapazität von 0,5 mAh cm-2. Selbst bei höherer Stromdichte (1 mA cm-2) und Kapazität (1 mAh cm-2) behielt es eine hervorragende elektrochemische Leistung mit stabilen Zyklen von über 1300 Stunden bei. Im Vollzellentest behielt es in Kombination mit einer positiven PTCDA-Elektrode nach 1500 Zyklen bei einer Stromdichte von 1 A/g eine Kapazitätserhaltung von 78 % bei und demonstrierte damit eine hervorragende Zyklenstabilität. Diese Forschung mit dem Titel„Ausgleich von Kaliumophilie und katalytischer Aktivität einer künstlichen Grenzflächenschicht für dendritenfreie Natrium/Kalium-Metallbatterien“,wurde veröffentlicht inFortschrittliche Materialien.Abbildung 1:Die Ergebnisse der Mikrostrukturanalyse von Kohlenstoffproben (SC-800, SC-1600 und SC-2300), die bei unterschiedlichen Karbonisierungstemperaturen hergestellt wurden, werden vorgestellt. Mittels Techniken wie Röntgenbeugung (XRD), Raman-Spektroskopie, Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS) und Weitwinkel-Röntgenstreuung (WAXS) wurden die Kristallstruktur, der Defektgrad sowie die Sauerstoff- und Stickstoffdotierung dieser Proben analysiert. Die Ergebnisse zeigten, dass mit steigender Karbonisierungstemperatur die Defekte in den Kohlenstoffmaterialien allmählich abnahmen und die Kristallstruktur geordneter wurde. Abbildung 2:Die Stromdichteverteilung während des Kaliummetallwachstums auf verschiedenen negativen Verbundelektroden wurde mittels Finite-Elemente-Simulation analysiert. Die Simulationsergebnisse zeigten, dass die Verbundelektrode SC-1600@K während der Kaliumabscheidung eine gleichmäßige Stromverteilung aufwies, was zur wirksamen Unterdrückung des dendritischen Wachstu...

Die Elektronenrückstreubeugung (EBSD) ist eine weit verbreitete Mikroskopietechnik in der Materialwissenschaft. Sie analysiert die Winkel und Phasenunterschiede der rückgestreuten Elektronen, die bei der Wechselwirkung einer Probe mit einem hochenergetischen Elektronenstrahl entstehen, um wichtige Eigenschaften wie Kristallstruktur und Kornorientierung zu bestimmen. Im Vergleich zu einer herkömmlichenSKonserven Electron MMikroskop (SEM)EBSD bietet eine höhere räumliche Auflösung und kann kristallografische Daten auf Submikrometerebene erfassen, wodurch beispiellose Details für die Analyse von Materialmikrostrukturen zur Verfügung stehen. Merkmale der EBSD-Technik EBSD kombiniert die Mikroanalysefähigkeiten vonTransmissionselektronenmikroskop (TEM) und die großflächigen statistischen Analysemöglichkeiten der Röntgenbeugung. EBSD ist bekannt für seine hochpräzise Kristallstrukturanalyse, schnelle Datenverarbeitung, einfache Probenvorbereitung und die Fähigkeit, kristallographische Informationen mit mikrostruktureller Morphologie in der Materialforschung zu kombinieren. Ein mit einem EBSD-System ausgestattetes SEM liefert nicht nur Informationen zur Mikromorphologie und Zusammensetzung, sondern ermöglicht auch eine mikroskopische Orientierungsanalyse, was die Arbeit der Forscher erheblich erleichtert. Anwendung von EBSD im SEM Wenn im Rasterelektronenmikroskop (REM) ein Elektronenstrahl mit der Probe interagiert, entstehen verschiedene Effekte, darunter die Beugung von Elektronen an regelmäßig angeordneten Kristallgitterebenen. Diese Beugungen bilden ein „Kikuchi-Muster“, das nicht nur Informationen über die Symmetrie des Kristallsystems enthält, sondern auch direkt dem Winkel zwischen Kristallebenen und kristallographischen Achsen entspricht und in direktem Zusammenhang mit dem Kristallsystemtyp und den Gitterparametern steht. Diese Daten können zur Identifizierung von Kristallphasen mittels EBSD-Technik verwendet werden. Bei bekannten Kristallphasen entspricht die Orientierung des Kikuchi-Musters direkt der Orientierung des Kristalls. EBSD-Systemkomponenten Zur Durchführung der EBSD-Analyse wird eine Reihe von Geräten benötigt, darunter einSEinmachen Elektronenmikroskop Ein EBSD-System ist erforderlich. Kernstück des Systems ist das SEM, das einen hochenergetischen Elektronenstrahl erzeugt und auf die Probenoberfläche fokussiert. Der Hardwareteil des EBSD-Systems umfasst üblicherweise eine empfindliche CCD-Kamera und ein Bildverarbeitungssystem. Die CCD-Kamera erfasst die Rückstreuelektronenbilder, und das Bildverarbeitungssystem führt Mustermittelung und Hintergrundsubtraktion durch, um klare Kikuchi-Muster zu extrahieren. Funktionsweise des EBSD-Detektors Die Gewinnung von EBSD-Kikuchi-Mustern im Rasterelektronenmikroskop (REM) ist relativ einfach. Die Probe wird in einem steilen Winkel zum einfallenden Elektronenstrahl geneigt, um das Rückstreusignal zu verstärken. Dieses wird dann von einem an eine CCD-Kamera angeschlossenen Fluoreszenzschirm ...

Die Fokussierte Ionenstrahltechnologie (FIB) ist zu einem wesentlichen Bestandteil moderner technologischer Fortschritte geworden, insbesondere in der Halbleiterfertigung und Nanofabrikation. Obwohl die FIB-Technologie bekannt ist, sind ihre Geschichte und Entwicklung kaum bekannt.Fokussierter Ionenstrahl (FIB) ist ein Mikroschneidinstrument, das elektromagnetische Linsen verwendet, um einen Ionenstrahl auf einen sehr kleinen Bereich zu fokussieren.Bei der FIB werden Ionen aus einer Ionenquelle beschleunigt (die meisten FIBs verwenden Ga, einige Geräte verfügen jedoch über He- und Ne-Ionenquellen) und der Strahl dann auf die Oberfläche der Probe fokussiert.CIQTEK DB550 Fokussiertes Ionenstrahl-Rasterelektronenmikroskop (FIB-SEM) Ursprung der FIB-Technologie Seit dem 20. Jahrhundert hat sich die Nanotechnologie rasant zu einem aufstrebenden Wissenschafts- und Technologiefeld entwickelt. Sie zählt heute zu den wichtigsten Bereichen des wissenschaftlichen und technologischen Fortschritts und hat als nationale Strategie erhebliche Auswirkungen auf die wirtschaftliche und soziale Entwicklung. Nanostrukturen besitzen einzigartige Eigenschaften, da ihre Struktureinheiten annähernd die Kohärenzlänge von Elektronen und die Wellenlänge von Licht erreichen. Dies führt zu Oberflächen- und Grenzflächeneffekten, Größeneffekten und Quantengrößeneffekten. Sie weisen viele neuartige Eigenschaften in den Bereichen Elektronik, Magnetismus, Optik und Mechanik auf und bergen ein enormes Potenzial für die Anwendung in Hochleistungsgeräten. Die Entwicklung neuartiger nanoskaliger Strukturen und Geräte erfordert die Weiterentwicklung präziser, mehrdimensionaler und stabiler Mikro-Nanofabrikationstechniken. Mikro-Nanofabrikationsprozesse sind umfangreich und umfassen üblicherweise Techniken wie Ionenimplantation, Photolithografie, Ätzen und Dünnschichtabscheidung. In den letzten Jahren wurde die Focused Ion Beam (FIB)-Technologie aufgrund des Trends zur Miniaturisierung moderner Fertigungsprozesse zunehmend bei der Herstellung von Mikro- und Nanostrukturen in verschiedenen Bereichen eingesetzt und hat sich zu einer unverzichtbaren und wichtigen Technik in der Mikro- und Nanofabrikation entwickelt.Die FIB-Technologie basiert auf konventionellen Ionenstrahl- und fokussierten Elektronenstrahlsystemen und ist im Wesentlichen identisch. Im Vergleich zu Elektronenstrahlen tastet FIB die Probenoberfläche mit einem Ionenstrahl ab, der von einer Ionenquelle nach Beschleunigung und Fokussierung erzeugt wird. Da Ionen eine viel größere Masse als Elektronen besitzen, sind selbst die leichtesten Ionen, wie z. B. H+-Ionen, über 1800-mal so schwer wie Elektronen. Dadurch erreicht der Ionenstrahl nicht nur ähnliche Bildgebungs- und Belichtungsfähigkeiten wie Elektronenstrahlen, sondern nutzt auch die hohe Masse der Ionen, um Atome von festen Oberflächen abzusputtern, was ihn zu einem direkten Bearbeitungswerkzeug macht. Durch Kombination mit chemischen Gasen kann FIB auch die Ablagerung...

Die Erstellung eines perfekten Bildes erfordert eine Kombination aus theoretischem Wissen und praktischer Erfahrung sowie die Abwägung vieler Faktoren. Dieser Prozess kann bei der Verwendung von Elektronenmikroskop. AStigmatisierung Astigmatismus ist eine der schwierigsten Bildkorrekturen und erfordert Übung. Das mittlere Bild in der folgenden Abbildung zeigt ein korrekt fokussiertes Bild nach der Astigmatismuskorrektur. Die linken und rechten Bilder zeigen eine unzureichende Astigmatismuskorrektur, die zu gestreckten Streifen im Bild führt. Um eine präzise Abbildung zu erreichen, muss der Querschnitt desElektronenstrahl(Sonde) sollte beim Auftreffen auf die Probe kreisförmig sein. Der Querschnitt der Sonde kann sich verformen und eine elliptische Form annehmen. Dies kann durch verschiedene Faktoren verursacht werden, wie z. B. Bearbeitungsgenauigkeit und Defekte im Magnetpolstück oder in der Kupferwicklung beim Guss der ferromagnetischen Spule. Diese Verformung wird Vignettierung genannt und kann zu Fokussierungsschwierigkeiten führen. Schwere aStigmatismus ist eine der schwierigsten Bildkorrekturen und erfordert Übung. Das mittlere Bild in der folgenden Abbildung zeigt ein korrekt fokussiertes Bild nach der Astigmatismuskorrektur. Die Bilder links und rechts zeigen eine unzureichende Astigmatismuskorrektur, die zu gestreckten Streifen im Bild führt. Diese Streifen können sich als „Streifen“ in X-Richtung im Bild manifestieren. Beim Übergang von Unter- zu Überfokussierung verschieben sich die Streifen in Y-Richtung. Bei präziser Fokussierung verschwinden die Streifen, und bei entsprechender Punktgröße kann eine korrekte Fokussierung erreicht werden. Wenn bei einer Vergrößerung von etwa 10.000-fach keine Streifen in beide Richtungen sichtbar sind, wenn das Objektiv auf Unter- oder Überfokus eingestellt ist, wird allgemein angenommen, dass es keine AStigmatisierungim Bild. EinStigmatisierung ist bei Bildern mit einer Vergrößerung unter 1000 normalerweise vernachlässigbar. Der beste Ansatz zur Korrektur der Vignettierung besteht darin, die X- und Y-Vignettierungsoffsets auf Null zu setzen (d. h. keine AStigmatisierung Korrektur) und fokussieren Sie dann das Präparat so fein wie möglich. Stellen Sie dann die X- oder Y- AStigmatisierung Steuerung (kann nicht gleichzeitig eingestellt werden), um das beste Bild zu erhalten und neu zu fokussieren. Randeffekte Randeffekte entstehen durch verstärkteElElektronenemissionan den Rändern der Probe. Die Randeffekte entstehen durch den Einfluss der Morphologie auf die Erzeugung von Sekundärelektronen und sind auch die Ursache für die vom Sekundärelektronendetektor erzeugte Bildkontur. Elektronen strömen bevorzugt zu den Rändern und Spitzen und treten dort aus, was zu einer geringeren Signalintensität in vom Detektor verdeckten Bereichen, wie z. B. Vertiefungen, führt. Rückstreuelektronen, die aus dem dem Detektor zugewandten Bereich der Probe emittiert werden, verstärken ebenfalls den topografischen Kontrast. Ei...

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