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Minimizzare i difetti per massimizzare la funzionalità su nanoscala

Il controllo dei difetti nelle interfaccia molto piccole dei nanocomposti è fondamentale per ottenere le proprietà desiderate. Gli scienziati hanno fornito informazioni sulle soluzioni di progettazione per un'importante classe di materiali che usano una nuova tecnica.
Minimizzare i difetti per massimizzare la funzionalità su nanoscala
I composti sono fatti di due o più materiali individuali nei quali le interfaccia sono mantenute e formano la base di innumerevoli componenti e dispositivi. Con l'avvento della nanotecnologia, queste strutture composite si possono adesso formare in nano scala, paragonabile alle dimensioni di singole molecole.

La caratterizzazione delle proprietà di interfaccia dei composti è fondamentale per lo sviluppo di nuovi sistemi di materiali con funzionalità migliorate. Alcuni scienziati hanno dato vita al progetto EPREXINA ("Electron paramagnetic resonance as a probe for extended interfaces in nanomaterials"), finanziato dall'UE, per esplorare l'uso di analisi spettroscopiche.

La spettroscopia a risonanza paramagnetica elettronica (EPR) si usa per studiare i sistemi paramagnetici con elettroni non accoppiati per rilevare radicali liberi, ioni metallici di transizione e difetti dei materiali. I ricercatori hanno scelto il titanato di bario (BaTiO3), il primo ossido ferroelettrico scoperto. È anche il materiale ferromagnetico più usato ed è presente in applicazioni come le memorie dei computer, i sensori e i rilevatori a infrarossi.

Usando la EPR, i ricercatori hanno condotto la prima analisi dettagliata dei difetti carici nelle polveri, le ceramiche, i singoli cristalli, i composti, le pellicole sottili e multi strato a base di BaTiO3. La compilazione dei dati ha permesso di trarre delle conclusioni, molte delle quali sono già state pubblicate, sulla natura dei difetti carici e la loro localizzazione nei vari materiali.

La EPR ha rivelato un'alta concentrazione di difetti carici sulla superficie delle nanopolveri e nelle interfaccia dei composti e ha dimostrato un legame diretto con le proprietà dielettriche. Gli scienziati sono stati in grado di migliorare significativamente le proprietà dielettriche e di ridurre le perdite dielettriche con modifiche basate su risultati precedenti. Alla fine, gli scienziati hanno prodotto un materiale ottimale per le applicazioni selezionate, sottolineando l'efficacia della EPR per guidare la progettazione dei materiali.

EPREXINA ha condotto i primi studi dettagliati dell'influenza della superficie e dei difetti caricati di interfaccia sulle proprietà dei nanomateriali. Questo preparerà il terreno per lo sviluppo di nuovi sistemi di materiali su misura con proprietà radicalmente migliorate rispetto a quelli tradizionali per molte applicazioni. Secondo le previsioni, la tecnica avrà un importante impatto sulle funzionalità dei dispositivi del futuro.

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