当医生使用X射线观察我们体内的骨折时，科学家们开发了一种新的X射线技术，可以看到内部连续堆积的纳米颗粒，也称为颗粒，以检查影响其性质的变形和位错。
在上周五发表在“ 科学”杂志上的一项新研究中，美国能源部(DOE)阿贡国家实验室的研究人员使用了一种称为布拉格相干衍射成像的X射线散射技术来重建三维颗粒缺陷的大小和形状。这些缺陷会在晶粒内部的原子晶格中产生缺陷，从而产生有趣的材料特性和效果。
“这种技术对原子位移提供了非常高的灵敏度，以及在许多不同的现实条件下研究材料的能力，例如高温，”该文章的作者阿贡的物理学家Wonsuk Cha说。
“如果你想要绘制颗粒的内部，看看位错网络，这是一种令人兴奋的技术，”另一位作者阿贡的材料科学家Andrew Ulvestad补充道。
在过去的十年中，科学家们研究了分离纳米粒子的缺陷结构。但科学家们并没有办法研究晶粒中晶格的扭曲，晶粒形成连续的材料薄膜，就像在某些太阳能电池或某些催化材料中发现的那样。
在布拉格相干衍射成像中，科学家们将X射线照射在一个样本上，该样本会散射出材料结构中的原子。通过观察散射模式，科学家们可以在三维中重建材料的成分。使用小的分离纳米粒子，这些信息相对容易聚集，但对于薄膜，还有其他复杂情况。“这就像试图找出保罗·麦卡特尼在艾比路的标志性照片中的位置，而不是试图找出大型管弦乐队中第六位小提琴手的位置，”乌尔维斯塔德说。
研究的重点是被称为“晶界”的粒子之间的特定区域，这是一个引起大多数有趣物质现象的区域。“晶界可以被认为是构造板块中的断层线，”Ulvestad说。“它管理着许多潜在的活动。”
Ulvestad特别提到了薄膜太阳能电池，这是一种很有前景的光伏技术，是一种可以从该研究中受益的技术激动材料的显着例子。“这些通常是相当复杂的材料，其行为很大程度上取决于'前线'上的原子，靠近晶界，”他说。
晶界附近的位错由材料中的缺陷结构控制，Ulvestad希望随着科学家获得控制缺陷合成和定位的能力，他们最终也能够控制晶界附近材料的行为。
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