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2024-10-08 03:20:00
X 線、CT、MRI などの従来の方法では、体や物体を開けずに内部の一部を見ることができます。これらの驚異的な進歩には限界があります。流体と、それを構成する化学元素の時間の経過に伴う挙動は目に見えません。スペイン人による捜査 アントニ・フォルネル・クエンカMIT (マサチューセッツ工科大学) で学んだ後、アイントホーフェン工科大学 (オランダ) の電気化学材料およびシステムの教授は、その壁を飛び越えることに成功しました。彼は中性子 X 線を使用して、作動するバッテリーの内部要素の組成と挙動を明らかにしました。放射線の影響で生体には使用できないが、集めた目に見えない世界への扉となる。 ネイチャーコミュニケーションズ。
の 国際原子力機関 IAEA (英語の頭字語) は、「中性子イメージング」を、サンプルを通過し、その組成と形状に従って減衰する中性子ビームからサンプルの構造を分析する非破壊技術と定義しています。それが提供する結果は、燃料電池の電気化学分析、バッテリーやモーターの動的効率と性能の研究、自動車、航空、建設産業における品質管理、文化遺産や生物学的サンプルなどの遺産の非侵襲的研究の基礎となります。地質学、核燃料試験、材料研究。
の調査 フォルネルクエンカと彼のチーム スペインの研究者が説明するように、同社はさらに一歩進んで、液体中の濃度とその挙動を視覚化するための中性子を用いたイメージング手法を開発し、フローバッテリーで実証した。
「バッテリーには、その性能、効率、耐用年数を決定する一連のプロセスが内部で発生します。今まではブラックボックスでした。電圧と電流は測定できましたが、内部で何が起こっているかは不明でした。私たちの方法を使用すると、バッテリーの動作中にこれらのプロセスの写真やビデオを撮影し、電気化学セル内の濃度がどのように変化するかを確認できます」と彼は説明します。
これまで目に見えなかったものを明らかにする魔術師は、正味の電荷を持たない亜原子粒子である中性子であり、この特性により電子雲と相互作用しません。中性子は、物体の外部構造をあたかも透明であるかのように通過しますが、水素またはホウ素を含む分子に遭遇すると減衰します。
特に分析されたフロー電池の効率を向上させるための産業応用は明らかです。フロー電池は大規模で長寿命の貯蔵容量により、再生可能エネルギー源からのエネルギーの鍵となります。 “なるほど アプリケーション 液相で分子が変換される化学産業のさまざまなプロセスや、プロトタイプがどのように機能するかを理解するためです」とフォルナークエンカ氏は付け加えます。
目に見えなかった空間の画像により、分子の動き、ロードまたはアンロードの段階でどのように変動するか、最も不活性な領域や固体の沈殿が明らかになりました。これらすべての情報により、より効率的なバッテリーを設計できるようになります。
「この研究は、アイントホーフェン工科大学のスペイン人研究者フォルナー・クエンカ氏と彼のチーム（マキシム・ファン・デル・ハイデン氏、レミー・R・ジャックモンド氏、エムレ・B・ボズ氏）が、MITおよびシェラー・ポール研究所と協力して主導しました。スイス (PSI) は実験開発のための施設を提供し、実験は 12 日間連続して 30 秒ごとに測定されました。
ヨーロッパの大学の業務は他の国際機関と共有されているが、その理由は、2006年に発表された研究の共著者であるサンタヌ・ロイ氏が説明したように、 アメリカ化学会誌、 「微細な挙動を予測および計算する能力が向上し、信頼性の高いデータを取得できれば、より優れたモデルの開発に役立ちます。」
原子炉の燃料や冷却材として溶融塩を研究しているこの科学者は、「原子レベルでの塩の化学的、構造的、動的挙動を理解するのは難しい」と説明する。中性子のビームがサンプルに向けられると、その多くは物質を通過しますが、一部のものは原子核と直接相互作用し、ビリヤードのボールの衝突のように、ある角度で「跳ね返り」ます。科学者は特別な検出器を使用して散乱中性子を数え、そのエネルギーと散乱角度を測定し、最終的な位置をマッピングします。これにより、液晶から超電導セラミックス、タンパク質からプラスチック、金属から金属ガラス磁石に至るまで、材料の性質を詳細に知ることが可能になります。
また、デバイスの性能向上と並行して、大阪大学（日本）は中性子を利用して電子部品の内部温度を迅速かつ正確に測定しました。このメソッドも公開されています ネイチャーコミュニケーションズ は、「中性子共鳴吸収」と呼ばれる技術を使用して、特定のエネルギーレベルで原子核に吸収される中性子を調べ、材料特性を推定します。 「この技術により、瞬時に温度を測定できるようになります。 [100 nanosegundos] また、非破壊であるため、バッテリーや半導体デバイスなどのデバイスの監視に使用できます。」と、この作品の筆頭著者である Zechen Lan 氏は説明します。
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