(Phys.org) - Une nouvelle technique du Pacific Northwest National Laboratory et de la société FEI permet aux scientifiques de résoudre efficacement l'emplacement des éléments en trois dimensions. La technique de l'équipe combine la microscopie électronique à transmission à balayage et la spectrométrie à dispersion d'énergie des rayons X avec un nouvel agencement de détecteurs et un faisceau d'électrons plus brillant. Le résultat est une carte tridimensionnelle du placement des éléments sur un échantillon plus petit qu'une seule cellule sanguine. L'équipe a appliqué cette technique à un matériau à base de nickel riche en lithium qui pourrait faire partie des batteries de demain. Ils ont découvert comment le nickel se séparait des autres éléments à la surface du matériau.

"Cette technique nous a donné notre plus rapide, vue la plus propre à ce jour, " a déclaré le Dr Chongmin Wang, un scientifique des matériaux avec l'Initiative d'imagerie chimique du laboratoire national. « Le journal s'avère populaire; il est Ultramicroscopie l'article le plus téléchargé au cours des 90 derniers jours."

Scientifiques, avec le reste de la population, veulent des réponses rapides et précises afin qu'ils puissent se concentrer sur ce qui compte le plus. La technique de l'équipe fournit des images chimiques 3D précises en quelques heures, pas des jours, et évite le temps et les frais de remodelage des échantillons et de leur transport vers d'autres instruments. Les informations générées par cette technique pourraient aider dans l'intention, contre essai et erreur, conception matérielle de plus longue durée, batteries de plus grande capacité.

La méthode de l'équipe combine la microscopie électronique à transmission à champ sombre annulaire à angle élevé et la spectrométrie à dispersion d'énergie des rayons X. La microscopie fournit des informations détaillées sur des architectures complexes, tandis que la spectrométrie fournit la distribution élémentaire.

Pour la spectrométrie, l'équipe a disposé quatre détecteurs de dérive au silicium sans fenêtre autour de l'échantillon. Les détecteurs, avec une réponse d'inclinaison améliorée, scanné rapidement l'échantillon. Parce que le faisceau d'électrons n'est pas resté sur un seul point pendant plus de 25 microsecondes, les scientifiques ont évité les problèmes de "parking", où le faisceau d'électrons s'attarde en un seul point et endommage l'échantillon. Les scans des quatre détecteurs ont été combinés et joints aux informations de microscopie à l'aide d'un logiciel spécialisé.

Cette technique est plus rapide et offre un champ de vision plus large que les techniques 3D plus traditionnelles telles que la microscopie électronique à balayage combinée à la spectrométrie de perte d'énergie des électrons ou à la tomographie par sonde atomique. En 3 heures, l'équipe a obtenu des ensembles de données à partir de 29 images microscopiques et cartes élémentaires. D'autres techniques peuvent prendre jusqu'à une journée et ne fournissent pas une image aussi claire. Plus loin, cet instrument unique offre un champ plus large que les techniques chimiques similaires et permet aux scientifiques de voir des particules individuelles sans préparation supplémentaire qui pourrait modifier la structure native.

« Il est désormais possible d'obtenir des cartes de composition 3D à partir de nanoparticules à l'état natif et de réduire le temps total de reconstruction des informations chimiques, " a déclaré le Dr Libor Kovarik, un scientifique du PNNL dans l'équipe.

L'équipe continue d'étudier comment les éléments s'agrègent et dérivent dans les batteries lithium-ion et autres matériaux de stockage d'énergie. En outre, ils affinent leurs techniques d'imagerie chimique, s'efforçant de fournir de meilleurs moyens de recueillir des informations détaillées.