Anna Llordes, een chemicus bij de Molecular Foundry van het Lawrence Berkeley National Laboratory, zoekt naar eenvoudig, goedkope manieren om 'slimme' materialen te maken die energie besparen of opslaan. Een manier waarop zij en haar collega's dit doen, is door metaaloxiden met gewenste eigenschappen te combineren.

Wat ze niet weten, is hoe deze materialen in combinatie zullen werken:behoudt het resulterende composiet de gewenste structuren en eigenschappen van de afzonderlijke ingrediënten? Zullen de ingrediënten elkaar beïnvloeden – ten goede of ten kwade? En hoe kan ze zien wat er echt aan de hand is?

Dat is waar Beam Line 11-3 bij SLAC's Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL) binnenkomt.

"11-3 is een heel belangrijke bundellijn voor ons wanneer we een nieuw materiaal ontwikkelen, "Zei Llordés. "Het maakt een snelle maar gedetailleerde evaluatie van de kristallijne structuur van dunne films mogelijk."

Nemen, bijvoorbeeld, een van hun laatste ontdekkingen:een nieuw type transparante slimme film die op een ruit kan worden aangebracht om de hoeveelheid zonlicht of warmte die een kamer binnenkomt te regelen, waardoor de elektriciteitskosten worden verlaagd. Deze films hebben "elektrochrome" eigenschappen, wat betekent dat de hoeveelheid zonlicht die ze doorlaten, kan worden gewijzigd door een spanning aan te leggen. De mogelijkheid om verschillende golflengten van licht selectief te filteren is een nieuwe – en zwaarbevochten – ontwikkeling in de zogenaamde "smart window"-technologie.

Llordés en haar collega's creëerden deze specifieke film door nanokristallen van met tin gedoteerd indiumoxide (ITO), die infrarode energie absorbeert, met niobiumoxide glas, die zichtbaar licht afschermt.

Wat was verrassend, ze zei, was de synergie tussen de twee materialen. "Wanneer de ITO-nanokristallen zich hechten aan het glasachtige niobiumoxide, je krijgt betere eigenschappen dan je zou verwachten, "zei ze. In het bijzonder, het niobiumoxide is veel verbeterd als raamcoating - het is vijf keer beter in het blokkeren van licht dan niobiumoxide zonder nanokristallen. In aanvulling, het composietmateriaal is beter bestand tegen herhaalde aan-uit-cycli.

Maar waarom de grote verbetering? En welk recept van nanokristal-in-glas resulteerde in de beste film?

Er achter komen, Llordés gebruikte een techniek genaamd grazing incidentie röntgendiffractie op Beam Line 11-3 om de structuren te bestuderen van films die waren verwerkt bij temperaturen van 400 ° C tot 650 ° C. Ze ontdekte dat de folie met de beste eigenschappen zich vormt tussen 400°C en 500°C.

Ze ontdekte ook dat de film een ​​glasachtige matrix is ​​die de ITO-nanokristallen in zijn structuur opneemt, in plaats van ze simpelweg op te sluiten als onzuiverheden. De glasmoleculen binden zich met de nanokristallen, de structuur van het glas veranderen en de eigenschappen ervan beïnvloeden. Het is deze band die het geheel van de film zo dramatisch beter maakt dan de som der delen.

"Het werk aan 11-3 heeft ons geholpen te bewijzen dat we een zeer uniek composietmateriaal hadden, "Llordes zei, en tijdens haar meest recente reis naar de bundellijn, ze onderzocht materialen die nog makkelijker en energiezuiniger te produceren zijn.

Nieuw vinden, nuttige materialen die energiezuinig te produceren zijn, is haar drijfveer, zei Llordes, Beamline 11-3 helpt haar daarbij.

Maar SSRL heeft een andere betekenis voor de inheemse Spanjaard, ook.

"Toen ik hier drie jaar geleden voor het eerst kwam, de mensen bij SSRL waren zeer behulpzaam en gastvrij, "zei ze. "Ze legden uit hoe de experimenten moesten worden uitgevoerd, en ze waren altijd open, leuk en klaar om wetenschap te praten.

"Ik ben altijd blij als ik naar SSRL moet komen."