計劃外的發(fā)現(xiàn)可能會導致未來在電池、燃料電池、將熱轉化為電能的設備等方面的關鍵發(fā)現(xiàn)。
科學家通常通過仔細選擇研究問題、制定解決問題的適當計劃并執(zhí)行該計劃來進行研究。但是，計劃外的發(fā)現(xiàn)可能會在此過程中發(fā)生。
與美國能源部 (DOE) 阿貢國家實驗室聯(lián)合任命的西北大學教授 Mercouri Kanatzidis 正在尋找一種具有非常規(guī)行為的新超導體時，他有了一個意想不到的發(fā)現(xiàn)。它是一種只有四個原子厚的材料，只允許研究帶電粒子在二維中的運動。這樣的研究可以刺激用于各種能量轉換設備的新材料的發(fā)明。
“我們的分析結果表明，在這種轉變之前，銀離子固定在我們材料二維范圍內的密閉空間中，但在這種轉變之后，它們會四處擺動。”— Mercouri Kanatzidis，與阿貢大學和西北大學聯(lián)合任命
Kanatzidis 的目標材料是銀、鉀和硒 (α-KAg3Se2) 的四層結構組合，就像結婚蛋糕一樣。這些二維材料有長有寬，但只有四個原子高，幾乎沒有厚度。
當冷卻到非常低的溫度時，超導材料會失去對電子運動的所有阻力。â <“令我失望的是，這種材料根本不是超導體，我們無法將其制成，”阿貢材料科學部 (MSD) 的高級科學家 Kanatzidis 說。â <“但令我驚訝的是，它竟然是超離子導體的絕佳例子。”
在超離子導體中，固體材料中的帶電離子就像在電池中的液體電解質中一樣自由漫游。這導致固體具有異常高的離子電導率，這是導電能力的衡量標準。這種高離子電導率帶來了低熱導率，這意味著熱量不容易通過。這兩種特性使超離子導體成為用于能量存儲和轉換設備的超級材料。
該團隊發(fā)現(xiàn)一種具有特殊性質的材料的第一個線索是當他們將其加熱到 450 到 600 華氏度之間時。它轉變?yōu)楦鼘ΨQ的分層結構。該團隊還發(fā)現(xiàn)，當他們降低溫度，然后再次將其升高到高溫區(qū)時，這種轉變是可逆的。
“我們的分析結果表明，在這種轉變之前，銀離子被固定在我們材料的二維空間內的密閉空間中，”Kanatzidis 說。â <“但是在這種轉變之后，他們搖擺不定。”雖然人們對離子如何在三維空間中移動了解很多，但對它們如何僅在二維空間中移動知之甚少。
科學家們一直在尋找一種示例材料來研究二維材料中的離子運動。這種分層的鉀-銀-硒材料似乎是一種。該團隊測量了離子在這種固體中的擴散方式，發(fā)現(xiàn)它與重鹽水電解質(已知最快的離子導體之一)相當。
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