(Phys.org) — In un raro caso di avere la loro torta e mangiarla anche, scienziati del National Institute of Standards and Technology (NIST) e altre istituzioni hanno sviluppato un set di strumenti che consente loro di esplorare il complesso interno di minuscoli, batterie multistrato che hanno ideato. Fornisce informazioni sulle prestazioni delle batterie senza distruggerle, risultando sia una sonda utile per gli scienziati sia una potenziale fonte di energia per le micromacchine.

Le microscopiche batterie agli ioni di litio vengono create prendendo un filo di silicio lungo pochi micrometri e ricoprendolo in strati successivi di materiali diversi. Invece di una torta, però, ogni batteria finita sembra più un piccolo albero.

L'analogia diventa ovvia quando si vedono le batterie attaccate con le radici a wafer di silicio e raggruppate a milioni in "nanoforeste, " come li chiama la squadra.

Ma sono gli strati a forma di torta che consentono alle batterie di immagazzinare e scaricare l'elettricità, e persino essere ricaricato. Questi talenti potrebbero renderli preziosi per alimentare MEMS autonomi – macchine microelettromeccaniche – che hanno applicazioni potenzialmente rivoluzionarie in molti campi.

Con così tanti strati che possono variare di spessore, morfologia e altri parametri, è fondamentale conoscere il modo migliore per costruire ogni strato per migliorare le prestazioni della batteria, come il team ha scoperto in una ricerca precedente.** Ma la microscopia elettronica a trasmissione convenzionale (TEM) non è stata in grado di fornire tutti i dettagli necessari, quindi il team ha creato una nuova tecnica che prevedeva l'imaging TEM (STEM) a scansione multimodale. Con STEM, gli elettroni illuminano la batteria, che li disperde in una vasta gamma di angoli. Per vedere più dettagli possibili, il team ha deciso di utilizzare una serie di rilevatori di elettroni per raccogliere gli elettroni in un'ampia gamma di angoli di diffusione, una disposizione che ha fornito loro molte informazioni strutturali per assemblare un'immagine chiara dell'interno della batteria, fino al livello nanometrico.

Il promettente set di strumenti delle tecniche di microscopia elettronica ha aiutato i ricercatori a individuare modi migliori per costruire le minuscole batterie. "Avevamo molte scelte su quali materiali depositare e in quali spessori, e un sacco di teorie su cosa fare, " dice il membro del team Vladimir Oleshko. "Ma ora, come risultato delle nostre analisi, abbiamo prove dirette dell'approccio migliore.

"I produttori di MEMS potrebbero utilizzare le batterie da soli, un milione dei quali può essere fabbricato su un centimetro quadrato di un wafer di silicio. Ma anche gli stessi produttori potrebbero trarre vantaggio dal set di strumenti analitici del team. Oleshko sottolinea che il giovane, campo emergente della produzione additiva, che crea dispositivi costruendo i materiali dei componenti strato per strato, spesso ha bisogno di analizzare le sue creazioni in modo non invasivo. Per quel lavoro, l'approccio del team potrebbe vincere.