Uma análise detalhada do inside das espumas de carbono revela como os revestimentos de TiO₂ se formam em estruturas 3D, oferecendo novo controle sobre materiais energéticos de próxima geração
As espumas porosas de carbono são uma área de pesquisa interessante porque são leves, eletricamente condutivas e têm áreas superficiais extremamente altas. O revestimento dessas espumas com TiO₂ torna-as quimicamente ativas, permitindo seu uso em dispositivos de armazenamento de energia, células de combustível, produção de hidrogênio, catalisadores de redução de CO₂, fotocatálise e sistemas de gerenciamento térmico. Embora muitos estudos tenham examinado as superfícies externas das espumas revestidas, sabe-se muito menos sobre como os revestimentos de TiO₂ se comportam nas profundezas da estrutura da espuma.
Neste estudo, os pesquisadores depositaram filmes finos de TiO₂ em espumas de carbono usando pulverização catódica por magnetron e aplicaram diferentes tensões de polarização para controlar a energia dos íons, o que por sua vez afeta a densidade do revestimento, estrutura cristalina, espessura e adesão. Eles analisaram tanto a superfície externa quanto o inside da espuma usando microscopia, simulações de transporte de partículas e técnicas de raios X.
Eles descobriram que o revestimento de TiO₂ na superfície externa é denso, corretamente composto e cristalino (principalmente anatase com uma pequena quantidade de rutilo), excellent para aplicações catalíticas e energéticas. Eles também descobriram que, embora menos partículas cheguem profundamente à espuma, elas retêm a mesma energia, o que significa que as partículas quantidade diminui com a profundidade, mas a partícula energia não. Como dispositivos como baterias e supercapacitores dependem de revestimentos uniformes, variações na espessura ou na estrutura dentro da espuma podem levar a um desempenho inferior e a uma degradação mais rápida.
No geral, esta pesquisa fornece uma compreensão muito mais clara de como os revestimentos de TiO₂ crescem dentro de espumas 3D complexas, mostrando como a espessura, a densidade e a estrutura cristalina evoluem com a profundidade e como a tensão de polarização pode ser usada para ajustar essas propriedades. Ao revelar como as partículas de plasma se movem através da espuma e validar modelos que prevêem o comportamento do revestimento, permite a concepção de dispositivos à base de espuma mais fiáveis e de maior desempenho para aplicações energéticas e catalíticas.
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Avanços na condutividade térmica para aplicações energéticas: uma revisão Qiye Zheng et al. (2021)