(Phys.org) —Una nuova tecnica del Pacific Northwest National Laboratory e della FEI Company consente agli scienziati di risolvere in modo efficiente le posizioni degli elementi in tre dimensioni. La tecnica del team combina la microscopia elettronica a trasmissione a scansione e la spettrometria a dispersione di energia dei raggi X con una nuova disposizione del rivelatore e un fascio di elettroni più luminoso. Il risultato è una mappa tridimensionale del posizionamento degli elementi su un campione più piccolo di un singolo globulo. Il team ha applicato questa tecnica a un materiale a base di nichel ricco di litio che potrebbe far parte delle batterie di domani. Hanno scoperto come il nichel si stava separando dagli altri elementi sulla superficie del materiale.

"Questa tecnica ci ha dato il nostro più veloce, la vista più pulita di sempre, " ha detto il dottor Chongmin Wang, uno scienziato dei materiali con la Chemical Imaging Initiative del laboratorio nazionale. "Il giornale sta riscuotendo successo; è Ultramicroscopia l'articolo più scaricato negli ultimi 90 giorni."

Scienziati, insieme al resto della popolazione, vogliono risposte rapide e precise in modo che possano concentrarsi su ciò che conta di più. La tecnica del team fornisce immagini chimiche 3D precise in poche ore, non giorni, ed evita il tempo e le spese di rimodellare i campioni e trasportarli ad altri strumenti. Le informazioni generate da questa tecnica potrebbero aiutare nell'intenzionale, contro tentativi ed errori, design materiale di maggiore durata, batterie di maggiore capacità.

Il metodo del team combina la microscopia elettronica a trasmissione a scansione di campo oscuro anulare ad alto angolo con la spettrometria a dispersione di energia dei raggi X. La microscopia fornisce informazioni dettagliate su architetture complesse, mentre la spettrometria fornisce la distribuzione elementare.

Per la spettrometria, il team ha disposto quattro rilevatori di deriva al silicio senza finestra attorno al campione. I rivelatori, con una migliore risposta all'inclinazione, scansionato rapidamente il campione. Poiché il fascio di elettroni non è rimasto su un singolo punto per più di 25 microsecondi, gli scienziati hanno evitato problemi di "parcheggio", dove il fascio di elettroni indugia in un unico punto e danneggia il campione. Le scansioni dei quattro rivelatori sono state combinate e unite alle informazioni della microscopia utilizzando un software specializzato.

Questa tecnica è più veloce e fornisce un campo visivo più ampio rispetto alle tecniche 3D più tradizionali come la microscopia elettronica a scansione combinata con la spettrometria a perdita di energia degli elettroni o la tomografia con sonda atomica. In 3 ore, il team ha ottenuto set di dati da 29 immagini di microscopia e mappe elementari. Altre tecniche possono richiedere fino a un giorno e non fornire un'immagine chiara. Ulteriore, questo singolo strumento fornisce un campo più ampio rispetto a tecniche chimiche simili e consente agli scienziati di vedere singole particelle senza ulteriore preparazione che potrebbe modificare la struttura nativa.

"Ora è possibile ottenere mappe di composizione 3D da nanoparticelle nel loro stato nativo e ridurre il tempo totale per ricostruire le informazioni chimiche, " ha detto il dottor Libor Kovarik, uno scienziato PNNL nella squadra.

Il team continua a studiare come gli elementi si aggregano e si spostano nelle batterie agli ioni di litio e in altri materiali di accumulo di energia. Inoltre, stanno perfezionando le loro tecniche di imaging chimico, cercando di fornire modi migliori per raccogliere informazioni dettagliate.