(Phys.org) —En el raro caso de tener su pastel y comérselo también, Científicos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) y otras instituciones han desarrollado un conjunto de herramientas que les permite explorar el complejo interior de pequeños, baterías de varias capas que idearon. Proporciona información sobre el rendimiento de las baterías sin destruirlas, lo que resulta tanto en una sonda útil para los científicos como en una fuente de energía potencial para las micromáquinas.

Las baterías microscópicas de iones de litio se crean tomando un alambre de silicio de unos micrómetros de largo y cubriéndolo en capas sucesivas de diferentes materiales. En lugar de un pastel, sin embargo, cada batería terminada se parece más a un árbol diminuto.

La analogía se vuelve obvia cuando ves las baterías unidas por sus raíces a las obleas de silicio y agrupadas por millones en "nanoforestas, "como los llama el equipo.

Pero son las capas en forma de pastel las que permiten que las baterías almacenen y descarguen electricidad, e incluso recargarse. Estos talentos podrían hacerlos valiosos para impulsar MEMS autónomos (máquinas microelectromecánicas) que tienen aplicaciones potencialmente revolucionarias en muchos campos.

Con tantas capas que pueden variar en grosor, morfología y otros parámetros, es crucial conocer la mejor manera de construir cada capa para mejorar el rendimiento de la batería, como descubrió el equipo en investigaciones anteriores. ** Pero la microscopía electrónica de transmisión (TEM) convencional no pudo proporcionar todos los detalles necesarios, por lo que el equipo creó una nueva técnica que incluía imágenes TEM (STEM) de escaneo multimodo. Con STEM, los electrones iluminan la batería, que los dispersa en una amplia gama de ángulos. Para ver tantos detalles como sea posible, el equipo decidió utilizar un conjunto de detectores de electrones para recolectar electrones en una amplia gama de ángulos de dispersión, un arreglo que les dio mucha información estructural para armar una imagen clara del interior de la batería, hasta el nivel de nanoescala.

El prometedor conjunto de herramientas de las técnicas de microscopía electrónica ayudó a los investigadores a encontrar mejores formas de construir las pequeñas baterías. "Teníamos muchas opciones sobre qué materiales depositar y en qué espesores, y muchas teorías sobre qué hacer, ", dice Vladimir Oleshko, miembro del equipo." Pero ahora, como resultado de nuestros análisis, tenemos evidencia directa del mejor enfoque.

"Los fabricantes de MEMS podrían utilizar las baterías ellos mismos, un millón de los cuales se puede fabricar en un centímetro cuadrado de una oblea de silicio. Pero los mismos fabricantes también podrían beneficiarse del conjunto de herramientas analíticas del equipo. Oleshko señala que los jóvenes, campo rápidamente emergente de la fabricación aditiva, que crea dispositivos mediante la construcción de materiales componentes capa por capa, a menudo necesita analizar sus creaciones de una manera no invasiva. Para ese trabajo, el enfoque del equipo podría llevarse la palma.