Investigadores del Instituto de Ciencias Industriales de la Universidad de Tokio utilizan la espectroscopia de pérdida de energía de electrones para comprender el comportamiento térmico local en los límites de grano de los policristales. Crédito:Instituto de Ciencias Industriales, Universidad de Tokio
Los policristales son materiales sólidos formados por muchos cristales pequeños. Los puntos donde se encuentran los cristales se conocen como límites de grano (GB). Los GB son importantes porque pueden afectar la forma en que se comporta el sólido. Sin embargo, las técnicas de análisis convencionales no pueden medir el detalle a nanoescala en GB. Ahora, investigadores del Instituto de Ciencias Industriales de la Universidad de Tokio han utilizado la espectroscopia de pérdida de energía de electrones (EELS) para investigar el efecto del calentamiento en los GB de titanato de estroncio (SrTiO3 ). Sus hallazgos se publican en Nano Letters .
Los GB afectan la forma en que los iones se mueven a través de un material, la forma en que conduce y reacciona al calor y la forma en que responde cuando se aplican fuerzas. Por lo tanto, juegan un papel importante a la hora de decidir si un material es adecuado para un propósito particular.
El coeficiente de expansión térmica (CTE) indica cómo cambia el tamaño de un material cuando se calienta. Si esto es diferente alrededor de los GB en comparación con la mayor parte de un material, entonces se pueden formar grietas. Esto puede conducir a fallas a gran escala, que pueden tener serias implicaciones para la estructura o el proceso en el que se ha utilizado el material.
Las técnicas utilizadas convencionalmente para investigar la expansión térmica local no tienen la resolución a nanoescala necesaria para medir directamente la expansión alrededor de los GB. Por lo tanto, los investigadores utilizaron EELS con microscopía electrónica de barrido para mejorar la resolución.
"Observamos la expansión térmica alrededor de dos GB diferentes en SrTiO3 —uno donde los granos se encontraron en un ángulo de 36,8° (que tiene el nombre particular S5) y otro donde se encontraron en 45°", explica el primer autor del estudio, Kunyen Liao. "Específicamente, investigamos cómo el CTE cambiaba perpendicularmente a estos GB. cuando la temperatura se incrementó por encima del rango de 100 a 700 °C".
Se encontró que el CTE perpendicular al S5 GB era 3 veces mayor que el de la expansión en el bulto, mientras que el perpendicular al 45° GB era solo 1,4 veces mayor. Los hallazgos proporcionan evidencia medida directamente de que los GB mejoran el CTE, lo que tiene implicaciones importantes para elegir materiales específicos de la aplicación.
"Además de revelar la variación en las propiedades termodinámicas en diferentes GB en SrTiO3 ", nuestros hallazgos demuestran el potencial de EELS para proporcionar detalles a nanoescala de las propiedades locales", dice el autor correspondiente del estudio, Teruyasu Mizoguchi. "Esperamos que nuestro estudio proporcione un medio para establecer las propiedades térmicas locales de una variedad de materiales diferentes y ayude a la selección para muchos productos, desde piezas de automóviles hasta productos electrónicos". + Explore más
