Nanocomposietoxide-keramiek kan worden gebruikt als ferro-elektriciteit, snelle ionenleiders, en nucleaire brandstoffen en voor de opslag van nucleair afval, het genereren van veel wetenschappelijke belangstelling voor de structuur, eigendommen, en toepassingen van deze gemengde materialen.

"De interfaces die de verschillende kristallijne gebieden scheiden, bepalen het transport, elektrisch, en stralingseigenschappen van het materiaal als geheel, " zei Pratik Dholabhai, hoofdonderzoeker van het Los Alamos National Laboratory van het project. "Het is in de chemische samenstelling van deze interfaces waar we eigenschappen zoals tolerantie tegen stralingsschade en snelle ionengeleiding kunnen verbeteren."

Een composiet is een materiaal dat korrels bevat, of stukjes, van verschillende materialen. In een nanocomposiet, de grootte van elk van deze korrels is in de orde van nanometers, ongeveer 1000 keer kleiner dan de breedte van een mensenhaar. In het kader van kernenergie, composieten zijn voorgesteld voor de brandstof zelf, als een manier om bijv. om de basiseigenschappen van het materiaal te verbeteren, zoals de thermische geleidbaarheid. Het is de thermische geleidbaarheid die bepaalt hoe efficiënt energie uit de brandstof kan worden gehaald. Er zijn ook composieten gemaakt om de bijproducten van de kernenergiecyclus op te slaan, nucleair afval, waarbij de verschillende componenten van het composiet elk een ander deel van het afval kunnen opslaan.

Echter, composieten hebben veel bredere toepassingen. De interfaces bieden gebieden met unieke elektronische en ionische eigenschappen en zijn onderzocht om de geleidbaarheid te verbeteren voor toepassingen die verband houden met batterijen en brandstofcellen.

Mysteries van misfit-dislocaties

Met behulp van simulaties die expliciet rekening houden met de positie van elk atoom in het materiaal, het onderzoeksteam van Los Alamos onderzocht de interface tussen SrTiO3 en MgO, demonstreren, Voor de eerste keer, een sterke afhankelijkheid van de dislocatiestructuur op oxide hetero-interfaces van de terminatiechemie. SrTiO3 kan worden gezien als een cake met laagjes, met afwisselende vlakken van SrO en TiO2. Dus, in principe, bij het matchen van SrTiO3 met een ander materiaal, er is een keuze welke laag in contact komt met het andere materiaal. De simulaties laten zien dat SrO- en TiO2-terminated interfaces opmerkelijk verschillende atomaire structuren vertonen. Deze structuren, gekenmerkt door zogenaamde misfit-dislocaties die ontstaan ​​wanneer de twee materialen niet precies overeenkomen in grootte, dicteren de functionele eigenschappen van de interface, zoals de geleidbaarheid.

De waargenomen relatie tussen de terminatiechemie en de dislocatiestructuur van de interface biedt potentiële mogelijkheden voor het afstemmen van transporteigenschappen en stralingsschadeweerstand van oxide-nanocomposieten door de terminatiechemie op de interface te regelen. Dit kan leiden tot nieuwe functionele materialen op een aantal technologische gebieden. "Wij geloven dat deze ontdekking, dat de interfacestructuur gevoelig is voor de chemie van de interface, zal de deur openen voor nieuwe onderzoeksrichtingen in oxide-nanocomposieten, " zei Blas Uberuaga, hoofdonderzoeker over de inspanning.