傳統的方法，如x射線、CT掃描或磁共振成像，可以讓我們看到身體和物體內部的部分，而不需要打開它們。但這些非凡的進步有一個局限性:流體和組成它們的化學元素隨時間的變化仍然是不可見的?，F在，曾在麻省理工學院(MIT)學習的荷蘭埃因霍溫理工大學電化學材料與系統教授Antoni Forner-Cuenca領導的研究已經成功地克服了這一障礙。利用中子x射線，他揭示了功能電池內部元素的組成和行為。據《自然通訊》報道，由于輻射的影響，它不能用于生物體，但它是通往無形世界的一扇門。
國際原子能機構(IAEA)將“中子成像”定義為一種非破壞性技術，通過將一束中子穿過樣品并根據其成分和形狀對其進行衰減，從而分析樣品的結構。它提供的結果對于燃料電池電化學分析中氫的測定、電池或發動機的動態效率和性能的研究、汽車、航空和建筑工業的質量控制、文化遺產和生物樣品的非侵入性研究、地質學、核燃料檢查和材料研究等都是必不可少的。
弗納-昆卡和他的團隊的研究更進了一步，正如研究人員解釋的那樣，他們已經開發并展示了一種用中子成像的方法，可以可視化液體中的濃度及其在液流電池中的行為。
“在電池中，內部發生的許多過程決定了它的性能、效率和壽命。直到現在，它還是個黑匣子。你可以測量電壓和電流，但你不知道里面發生了什么。通過我們的方法，我們可以在電池運行過程中拍攝這些過程的照片和視頻，看看電化學電池內部的濃度是如何變化的，”他解釋說。
揭示這些迄今為止看不見的過程的魔術師是中子，一種不帶凈電荷的亞原子粒子，由于這種特性，它不與電子云相互作用。中子穿過物體的外部結構，就像它是透明的一樣，但當它遇到含有氫或硼的分子時，它就會減弱。
工業應用是顯而易見的，特別是提高液流電池的效率，液流電池是可再生能源的關鍵，因為它們具有大規模和持久的存儲能力?！拔以诨瘜W工業的各種過程中看到了應用，其中有液相分子的轉化，或者了解原型是如何工作的，”Forner-Cuenca補充道。
以前看不見的空間的圖像揭示了分子的運動，它們在充電或放電階段如何波動，最不活躍的區域，或固體的沉淀。所有這些信息都有助于設計出更高效的電池。
這項研究是由埃因霍溫理工大學的西班牙研究員Forner-Cuenca和他的團隊(Maxime van der Heijden, Remy R. Jacquemond和Emre B. Boz)與麻省理工學院和瑞士保羅謝勒研究所(PSI)合作進行的，該研究所為實驗的發展提供了設施，實驗持續了12天，沒有中斷，每30秒測量一次。
發表在《美國化學學會雜志》上的一項研究的合著者桑塔努·羅伊(Santanu Roy)說，這所歐洲大學的工作與其他國際機構共享，因為“更好地預測和計算微觀行為的能力，以及獲得可靠的數據，有助于開發更好的模型?！?/p>
這位研究熔鹽作為燃料和反應堆冷卻劑的科學家解釋說:“在原子水平上，鹽的化學、結構和動態行為很難理解。”當一束中子射向樣品時，許多中子穿過材料，但有些中子直接與原子核相互作用，并以一定角度“反彈”，就像臺球比賽中碰撞的球一樣?？茖W家們使用特殊的探測器來計算散射的中子，測量它們的能量和散射的角度，并繪制出它們的最終位置。這使得獲得材料性質的細節成為可能——從液晶到超導陶瓷，從蛋白質到塑料，從金屬到金屬玻璃磁鐵。
作為提高設備性能的一部分，大阪大學(日本)已經使用中子來快速準確地測量電子元件的內部溫度。該方法也發表在《自然通訊》上，它使用一種叫做“中子共振吸收”的技術來檢測原子核在特定能級上吸收的中子，并推斷出材料的性質。該論文的第一作者Zechen Lan解釋說:“這項技術可以在瞬間(100納秒)測量溫度，而且由于它是非破壞性的，它可以用來監測電池和半導體設備等設備?！?/p>
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