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Até agora, tem sido extremamente tedioso realizar medições com alta sensibilidade e alta resolução espacial usando luz de raios X na faixa de energia suave de 1,5 a 5,0 keV. No entanto, esta luz de raios-X é ideal para investigar materiais energéticos, como baterias ou catalisadores, mas também sistemas biológicos. Uma equipe da HZB resolveu agora este problema: a ótica do monocromador recém-desenvolvida aumenta o fluxo de fótons na faixa de energia suave por um fator de 100 e, assim, permite medições altamente precisas de sistemas nanoestruturados. O método foi testado com sucesso pela primeira vez em nanopartículas e microchips cataliticamente ativos.
Um fornecimento de energia neutro para o clima requer uma grande variedade de materiais para processos de conversão de energia, por exemplo, materiais cataliticamente ativos e novos eletrodos para baterias. Muitos desses materiais possuem nanoestruturas que aumentam sua funcionalidade. Ao investigar essas amostras, as medições espectroscópicas para detectar as propriedades químicas são idealmente combinadas com imagens de raios X com alta resolução espacial em nanoescala. No entanto, como os elementos-chave desses materiais, como molibdênio, silício ou enxofre, reagem predominantemente aos raios X na chamada faixa de energia do fóton sensível, tem havido um grande problema até agora.
Isso ocorre porque nessa faixa de energia “suave” entre raios-X moles e duros, a ótica de raios-X convencional de grade plana ou monocromadores de cristal oferece apenas eficiências muito baixas. Uma equipe da HZB resolveu agora este problema: “Desenvolvemos uma nova ótica monocromadora. Essa ótica é baseada em uma grade de dente de serra revestida multicamada adaptada com um espelho plano”, diz Frank Siewert do Departamento de Óptica e Linhas de Luz da HZB. O novo conceito de monocromador aumenta o fluxo de fótons na faixa sensível de raios X por um fator de 100 e, assim, permite medições espectromicroscópicas altamente sensíveis com altas resoluções pela primeira vez. “Em pouco tempo, fomos capazes de coletar dados de espectromicroscopia NEXAFS em nanoescala. Demonstramos isso em nanopartículas cataliticamente ativas e estruturas modernas de microchips”, diz Stephan Werner, primeiro autor da publicação. “O novo desenvolvimento agora permite experimentos que, de outra forma, exigiriam meses de coleta de dados”, enfatiza Werner.
“Este monocromador se tornará o método de escolha para geração de imagens nesta faixa de energia de raios-X, não apenas em síncrotrons em todo o mundo, mas também em lasers de elétrons livres e fontes de laboratório”, disse Gerd Schneider, chefe do Departamento de Microscopia de Raios-X da HZB. Ele espera efeitos enormes em muitas áreas de pesquisa de materiais: estudos na faixa de raios X podem avançar significativamente no desenvolvimento de materiais energéticos e, assim, contribuir para soluções neutras para o clima para eletricidade e fornecimento de energia.
Fonte da história:
Materiais fornecidos por Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie. Observação: o conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e tamanho.
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