Baterias de íons de sódio (SIBs) estão atraindo atenção como uma alternativa econômica às baterias de íons de lítio, graças ao abundante teor de sódio na crosta terrestre (2,6% vs. 0,0065% para o lítio). Apesar disso, as SIBs ainda ficam atrás em densidade energética, destacando a necessidade de materiais de eletrodo de alta capacidade. O carbono duro é um forte candidato para ânodos de SIBs devido ao seu baixo potencial de armazenamento de sódio e alta capacidade. No entanto, fatores como distribuição de microdomínios de grafite, poros fechados e concentração de defeitos impactam significativamente a eficiência coulômbica inicial (ICE) e a estabilidade. Estratégias de modificação enfrentam limites. A dopagem de heteroátomos pode aumentar a capacidade, mas reduzir a ICE. A CVD tradicional ajuda a formar poros fechados, mas sofre com a lenta decomposição do metano, ciclos longos e acúmulo de defeitos. Equipe do professor Yan Yu na Universidade de Ciência e Tecnologia da China (USTC) utilizou o Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV) CIQTEK para investigar a morfologia de vários materiais de carbono duro. A equipe desenvolveu um método de deposição química de vapor (CVD) assistida por catalisador para promover a decomposição de CH₄ e regular a microestrutura do carbono duro. Catalisadores de metais de transição, como Fe, Co e Ni, reduziram efetivamente a barreira energética para a decomposição de CH₄, melhorando assim a eficiência e reduzindo o tempo de deposição. No entanto, Co e Ni tenderam a causar grafitização excessiva do carbono depositado, formando estruturas alongadas semelhantes à grafite tanto na direção lateral quanto na direção da espessura, o que dificultou o armazenamento e o transporte de íons sódio. Em contraste, Fe facilitou o rearranjo adequado do carbono, resultando em uma microestrutura otimizada com menos defeitos e domínios de grafite bem desenvolvidos. Essa otimização reduziu o armazenamento irreversível de sódio, aumentou a eficiência coulômbica inicial (ICE) e aumentou a disponibilidade de sítios reversíveis de armazenamento de Na⁺. Como resultado, a amostra otimizada de carbono duro (HC-2) atingiu uma impressionante capacidade reversível de 457 mAh g⁻¹ e um alto ICE de 90,6%. Além disso, a difração de raios X (XRD) in situ e a espectroscopia Raman in situ confirmaram um mecanismo de armazenamento de sódio baseado em adsorção, intercalação e preenchimento de poros. O estudo foi publicado em Materiais Funcionais Avançados sob o título: Engenharia de deposição química de vapor assistida por catalisador de carbono duro com poros fechados abundantes para baterias de íons de sódio de alto desempenho. Conforme ilustrado na Figura 1a, o carbono duro foi sintetizado por meio de um método de deposição química de vapor (CVD) assistido por catalisador, utilizando carbono poroso comercial como precursor e metano (CH₄) como gás de alimentação. A Figura 1d mostra as energias de adsorção de CH₄ e seus intermediários desidrogenados em ca...

A equipe do Professor Lai Yuekun, da Universidade de Fuzhou, conduziu pesquisas inovadoras para atender à demanda urgente por hidrogéis adesivos fortes em áreas como sensores vestíveis, robótica flexível, engenharia de tecidos e curativos. Atualmente, os materiais adesivos de interface enfrentam dois grandes desafios técnicos: primeiro, a dificuldade em obter uma comutação rápida e reversível entre os estados adesivo e não adesivo; segundo, o baixo desempenho de adesão em ambientes multilíquidos. Recentemente, a equipe conduziu estudos aprofundados usando o Microscópio eletrônico de varredura CIQTEK . O hidrogel PANC/T foi sintetizado a partir de acrilamida (AAm), N-isopropilacrilamida (NIPAM), uma solução micelar composta de dodecil sulfato de sódio/metacrilato de octadecil metila/cloreto de sódio (SDS/OMA/NaCl) e ácido fosfotúngstico (PTA). Interações dinâmicas entre as cadeias de PNIPAM e o SDS permitiram adesão e separação sob demanda. A imersão adicional em solução de Fe³⁺ produziu o hidrogel PANC/T-Fe, que alcança forte adesão em diversos ambientes úmidos. Isso resultou no desenvolvimento de um hidrogel adesivo de interface inteligente com rápida responsividade, capaz de adesão e separação controladas sob diferentes condições de umidade. A pesquisa foi publicada em Materiais Funcionais Avançados sob o título "Hidrogéis adesivos controláveis mediados por temperatura com propriedades notáveis de adesão úmida baseadas em interações dinâmicas entre cadeias". Síntese e Características Estruturais de Hidrogel Adesivo Controlável O hidrogel PANC/T-Fe é sintetizado pela copolimerização de AAm hidrofílico, NIPAM anfifílico e OMA hidrofóbico. O PTA atua como um reticulador, formando ligações de hidrogênio com grupos amino em cadeias poliméricas para estabelecer uma rede estável. A equipe descobriu que as interações entre NIPAM e SDS são cruciais para a adesão do hidrogel à temperatura. Em temperaturas mais baixas, o SDS cristaliza e adere às cadeias PNIPAM, impedindo que os grupos funcionais adesivos interajam com os substratos e reduzindo a adesão. À medida que a temperatura aumenta, os cristais de SDS derretem, melhorando o contato entre os grupos adesivos e os substratos e aumentando significativamente a adesão. O PTA aumenta a adesão em temperaturas mais altas ao interagir fisicamente com os grupos amino do polímero; essa interação enfraquece com o aquecimento, amolecendo o hidrogel e gerando mais sítios adesivos. A regulação dinâmica entre as cadeias poliméricas permite adesão reversível sob demanda. Figura 1. Síntese de hidrogel e mecanismo de adesão úmida reversível. Mecanismo de regulação de temperatura do desempenho de adesão Por meio de experimentos comparativos, a equipe confirmou que o efeito sinérgico do NIPAM e da solução micelar é fundamental para a adesão do hidrogel sensível à temperatura. Os resultados da Calorimetria Varredura Diferencial (DSC) indicam que a resposta à temperatura não está relacionada à Temperatura Crítica Inferior...

UMSmicroscópio eletrônico de conservas (MEV)é um microscópio potente que usa um feixe de elétrons de alta energia para escanear a superfície de uma amostra, capturando sinais emitidos ou espalhados por elétrons para gerar imagens de alta resolução da amostra superfície. A MEV pode ampliar imagens de milhares a dezenas de milhares de vezes, revelando um mundo microscópico imperceptível a olho nu. Sob oCIQTEKMicroscópio Eletrônico de Varredura, podemos observar a fina estrutura têxtil decélulas da pele do lagarto, qualpermite um exame visual das características estruturais das placas cristalinas da pele, como tamanho, comprimento e arranjo. Essas imagens não só proporcionam um banquete visual, mas também oferecem pistas cruciais para os cientistas interpretarem propriedades dos materiais, mecanismos de doenças e funções dos tecidos biológicos.Figuras1. VocêIntraestrutura de pele de lagarto/30 kV/STEMNa área da ciência eletrônica, a SEM auxilia engenheiros a examinar minuciosamente pequenas juntas de solda e condutores em placas de circuito, garantindo a precisão e a confiabilidade da tecnologia. Na ciência dos materiais, a SEM pode ser usada para analisar superfícies de fratura de ligas metálicas, otimizando o design industrial e a tecnologia de processamento. Em aplicações biológicas, a SEM pode exibir a estrutura da superfície de bactérias e até mesmo observar interações entre vírus e células hospedeiras. Figuras2. SEM3200/Chip comum 2/10 kV/ETDA MEV não é apenas uma máquina; é mais como um detetive meticuloso que nos ajuda a desvendar os segredos microscópicos da natureza e de objetos artificiais, fornecendo um forte suporte à pesquisa científica e à inovação tecnológica. Por meio da MEV, os cientistas podem compreender melhor a natureza dos materiais, a estrutura dos tecidos biológicos e a essência de diversos fenômenos complexos, expandindo os limites do nosso conhecimento. Equívocos comuns sobre SEM: 1. As imagens SEM apresentam cores reais? A MEV produz imagens em preto e branco porque elas resultam da interação de elétrons com a amostra, não de ondas de luz. As imagens coloridas da MEV normalmente vistas são pós-processadas usando técnicas de coloração digital para distinguir diferentes estruturas ou aprimorar efeitos visuais. 2. Uma ampliação maior é sempre melhor? Embora a MEV possa fornecer uma ampliação extremamente alta, nem todas as pesquisas exigem a ampliação máxima. A ampliação excessiva, além da escala de características do espécime, não só aumenta o tempo de escaneamento, como também pode levar a um aumento de informações irrelevantes. 3. A MEV consegue enxergar átomos? Embora a MEV ofereça alta resolução, muitas vezes não atinge o nível de observação de átomos individuais. Para observar estruturas em escala atômica, normalmente são necessários microscópios eletrônicos de transmissão (MET) ou microscópios de tunelamento de varredura (STM). 4. O MEV é adequado apenas para espécimes sólidos e sem vida? Embora a MEV tenha sido inici...

A equipe do professor Yan Yu na USTC utilizou o CIQTEK SenlatamentoEelétronMmicroscópio SEM3200 para estudar a morfologia pós-ciclagem. Desenvolveu carbono amorfo com defeitos controláveis como material candidato para uma camada de interface artificial, equilibrando potassiofilicidade e atividade catalítica. A equipe de pesquisa preparou uma série de materiais de carbono com diferentes graus de defeitos (designados como SC-X, onde X representa a temperatura de carbonização) regulando a temperatura de carbonização. O estudo constatou que o SC-800, com defeitos excessivos, causou decomposição substancial do eletrólito, resultando em um filme SEI irregular e ciclo de vida reduzido. O SC-2300, com o menor número de defeitos, apresentou afinidade insuficiente pelo potássio e induziu facilmente o crescimento dendrítico do potássio. O SC-1600, que possuía uma camada de carbono localmente ordenada, exibiu uma estrutura de defeitos otimizada, alcançando o melhor equilíbrio entre potassiofilia e atividade catalítica. Ele conseguiu regular a decomposição do eletrólito e formar um filme SEI denso e uniforme. Os resultados experimentais demonstraram que o SC-1600@K apresentou estabilidade de ciclo de longo prazo por até 2.000 horas sob uma densidade de corrente de 0,5 mA cm-2 e uma capacidade de 0,5 mAh cm-2. Mesmo sob densidade de corrente mais alta (1 mA cm-2) e capacidade (1 mAh cm-2), manteve excelente desempenho eletroquímico com ciclos estáveis superiores a 1.300 horas. Em testes de célula completa, quando pareado com um eletrodo positivo PTCDA, manteve 78% de retenção de capacidade após 1.500 ciclos a uma densidade de corrente de 1 A/g, demonstrando excelente estabilidade de ciclo. Esta pesquisa, intituladafoi publicado emMateriais Avançados.Figura 1:Apresentam-se os resultados da análise microestrutural de amostras de carbono (SC-800, SC-1600 e SC-2300) preparadas em diferentes temperaturas de carbonização. Por meio de técnicas como difração de raios X (XRD), espectroscopia Raman, espectroscopia de fotoelétrons de raios X (XPS) e espalhamento de raios X de grande angular (WAXS), foram analisadas a estrutura cristalina, o nível de defeitos e a dopagem com oxigênio e nitrogênio dessas amostras. Os resultados mostraram que, à medida que a temperatura de carbonização aumentava, os defeitos nos materiais de carbono diminuíam gradualmente e a estrutura cristalina tornava-se mais ordenada. Figura 2:A distribuição da densidade de corrente durante o crescimento do potássio metálico em diferentes eletrodos negativos compósitos foi analisada por meio de simulação de elementos finitos. Os resultados da simulação mostraram que o eletrodo compósito SC-1600@K apresentou uma distribuição de corrente uniforme durante a deposição de potássio, o que contribuiu para a supressão eficaz do crescimento dendrítico. Além disso, o módulo de Young da camada SEI foi medido por microscopia de força atômica (AFM), e os resultados mostraram que a camada SEI no eletrodo SC-1600@K ap...

A Difração de Elétrons Retroespalhados (EBSD) é uma técnica de microscopia amplamente utilizada na ciência dos materiais. Ela analisa os ângulos e as diferenças de fase dos elétrons retroespalhados produzidos quando uma amostra interage com um feixe de elétrons de alta energia para determinar características-chave, como estrutura cristalina e orientação dos grãos. Comparado a uma técnica tradicionalSenlatamento Electron Mmicroscópio (MEV)O EBSD fornece maior resolução espacial e pode obter dados cristalográficos no nível submicrométrico, oferecendo detalhes sem precedentes para analisar microestruturas de materiais. Características da Técnica EBSD O EBSD combina as capacidades de microanálise deMicroscópio Eletrônico de Transmissão (TEM) e as capacidades de análise estatística de grandes áreas da difração de raios X. O EBSD é conhecido por sua análise de estrutura cristalina de alta precisão, processamento rápido de dados, processo simples de preparação de amostras e capacidade de combinar informações cristalográficas com morfologia microestrutural em pesquisas em ciência dos materiais. O MEV equipado com um sistema EBSD não apenas fornece informações de micromorfologia e composição, mas também permite a análise de orientação microscópica, facilitando significativamente o trabalho dos pesquisadores. Aplicação de EBSD em SEM Componentes do sistema EBSD Para realizar a análise EBSD, é necessário um conjunto de equipamentos, incluindo umSmicroscópio eletrônico de conservas e um sistema EBSD é necessário. O núcleo do sistema é o MEV, que produz um feixe de elétrons de alta energia e o concentra na superfície da amostra. A parte de hardware do sistema EBSD geralmente inclui uma câmera CCD sensível e um sistema de processamento de imagens. A câmera CCD é usada para capturar as imagens de elétrons retroespalhados, e o sistema de processamento de imagens é usado para realizar a média de padrões e a subtração de fundo para extrair padrões Kikuchi claros. Operação do detector EBSD A obtenção de padrões Kikuchi de EBSD em MEV é relativamente simples. A amostra é inclinada em um ângulo alto em relação ao feixe de elétrons incidente para intensificar o sinal retroespalhado, que é então recebido por uma tela fluorescente conectada a uma câmera CCD. A EBSD pode ser observada diretamente ou após amplificação e armazenamento das imagens. Programas de software podem calibrar os padrões para obter informações cristalográficas. Sistemas EBSD modernos podem realizar medições em alta velocidade e podem ser usados em conjunto com sondas de Espectroscopia de Raios X por Dispersão de Energia (EDS) para realizar análises composicionais e, ao mesmo tempo, obter rapidamente informações sobre a orientação da amostra. Princípios de preparação de amostras Para uma análise EBSD eficaz, a preparação da amostra precisa seguir certos princípios, incluindo ausência de tensão residual, superfície plana (polimento mecânico), limpeza, formato e tamanho adequados e boa condutividade. O...