Avancerad materialanalys

Högkvalitativ materialforskning kan inte utföras utan grundlig materialkaraktärisering för att bestämma kristallstruktur, kemisk sammansättning och mikrostruktur. Det är alltså naturligt att ett forskningsprogram med fokus på utveckling av nya material och syntesprocesser utvecklar stor kompetens och erfarenhet inom materialanalys. Forskare från oorganisk kemi använder rutinmässigt toppmoderna metoder för att karakterisera de syntetiserade materialen och deras egenskaper. För detta använder vi lokal, nationell och internationell forskningsinfrastruktur. Nedan visar vi våra aktiviteter kopplade till spektroskopi, neutron- och röntgenspridning samt elektrokemiska metoder.

Avancerade spektroskopiska metoder

Den verktygslåda av avancerade spektroskopimetoder som vi använder inom forskningsprogrammet oorganisk kemi innehåller XPS, HAXPES, NEXAFS, XANES och EXAFS, av vilka de flest utförs på olika synkrotronljusanläggningar. XPS kan användas för att studera alla element förutom väte och ger information om ett ämnes kemiska omgivning i ett material. Metoden är ytkänslig, men informationsdjupet kan förändras genom att variera energin på den inkommande röntgenstrålningen. Högenergetisk röntgenstrålning (hårdröntgen som i HAXPES) kan användas för att studera materialet under en tunn ytoxid på ett oförstörande sätt. Mjukröntgen är å andra sidan mycket ytkänsligt och används därför för att till exempel följa förändringar på den yttersta ytan orsakade av en elektrokemisk ytbehandling. Röntgenabsorptionsmetoderna NEXAFS, XANES och EXAFS är också känsliga för ett ämnes oxidationstillstånd och den senare kan dessutom ge elementspecifik information om atomavstånd i ett material.

Exempel på vetenskapliga frågeställningar som vi besvarar med en kombination av spektroskopiska tekniker inkluderar:

  • Hur mycket laddningsöverföring sker mellan metallerna i en högentropilegering?
  • Var i ett multikomponentmaterial hamnar inlösta icke-metalliska ämnen?
  • Vad händer, på atomnivå, när vi korroderar ett multikomponentmaterial?

Kontaktpersoner: Dr Rebecka Lindblad och Docent Erik Lewin

Neutronspridningsmetoder

Inom forskningsprogrammet för oorganisk kemi används neutronspridning för att erhålla kristallografisk information som inte går att utläsa via röntgenmetoder. Neutronen är unik i hur den interagerar med materia, vilket gör det möjligt att särskilja egenskaper som är osynliga för andra mätmetoder, till exempel grundämnen med liknande antal elektroner eller att lokalisera grundämnen med låga atomnummer i en matris av tyngre grundämnen. Möjligheten att få information om den magnetiska strukturen är en annan styrka för neutronspridning. Den stora uppsättningen av neutronspridningsinstrument vid spallationskällan ISIS, inte minst pulverdiffraktionsinstrumenten, gör ISIS till den primärt använda neutronkällan för forskningsprogrammet. Även den höga penetrationsförmågan hos neutroner är en fördel vid studier med komplexa provmiljöer för in-situ/operando-studier.

Du kan läsa mer om dessa metoder hos Centrum för neutronspridning

Kontaktperson vid oorganisk kemi: Prof Martin Sahlberg, och Prof Paul Henry

Neutronspridning

RÖNTGENSPRIDNING VID SYNKROTRONANLÄGGNINGAR

Tillgången till röntgenkällor med hög brilljans är avgörande för de kristallografiska studier som utförs inom forskningsprogrammet. Strålröret P02.1 vid PETRA III, DESY i Hamburg används rutinmässigt för in situ-tidsupplösta studier med kontrollerad temperatur, högt vätetryck (upp till 300 bar) samt under magnetiska fält (upp till 1 T). Figuren visar ett exempel på fasomvandlingar och cyklingsstabilitet hos en HEA-hydrid vid 500 °C, som visar in-situ diffraktogram (till vänster) och viktprocenten av de 2 faserna ritade mot tiden (till höger).

Kontaktperson vid oorganisk kemi: Prof Martin Sahlberg

Avancerade elektrokemiska metoder

Elektrokemi behandlar kemiska reaktioner som antingen involverar förbrukning eller produktion av el. Typiska elektrokemiska exempel inkluderar batterier, bränsleceller och elektrolys som involverar redox (reduktion och oxidation) reaktioner. I forskningsprogrammet för oorganisk kemis elektrokemilaboratorium används flera elektrokemiska metoder såsom potentiostatiska tekniker (dvs. kronoamperometri), potentiodynamiska tekniker (dvs. cyklisk voltammetri, polariseringskurvor) och elektrokemisk impedansspektroskopi för att erhålla information om elektrokemiskt beteende de studerade materialen.

Kontaktpersoner: Dr. Maria Paschalidou och Prof Leif Nyholm

Senast uppdaterad: 2021-06-22