Gaur egun aurrean dugun erronka garrantzitsuenetako bat merkatuak energia biltegiratzeko sistemei dagokienez dituen eskakizunei erantzutea da. Berehalako trantsizio energetikoaren testuinguru honetan, erabiltzaileek gailuak eraginkorrak, merkeak eta iraunkorrak izatea eskatzen dute. CIC energiGUNE, energia biltegiratzeko ikerketa-zentroa den aldetik, baldintza horiek guztiak betetzen lan egiten du, eta funtsezko ikuspuntutik abiatzen da: gailu horiek osatzen dituzten materialen hobekuntzatik. Horregatik, materialen portaera ulertzen lagunduko diguten teknologien alde egitea, X izpien kasuan bezala, ezinbestekoa da haien propietateak hobetu ahal izateko ondoren energia biltegiratzeko sistema gisa aplikatzeko.

Material solido amorfoak eta kristalinoak

Hiru dira mundu guztiak ezagutzen dituen materiaren egoerarik ohikoenak: solidoa, likidoa eta gasa. Likidoan eta gasean atomoek (edo molekulek) mugitzeko askatasun osoa duten bitartean, solidoetan atomo bakoitzak posizio espezifikoa du eta bere mugikortasuna mugatuagoa da. Atomo horiek espazioan modu desordenatuan antolatuta daudenean (beheko irudian ikus daitekeen bezala) solido amorfo esaten zaio; ordena jakin bat dutenean eta patroi bat erreproduzitzen dutenean, berriz, solido kristalino edo kristal esaten zaie. Paradoxikoki, normalean kristal gisa ezagutzen dena, leiho edo botila baten kasuan bezala (nahiz eta hitz zuzena beira izango litzatekeen), egitura desordenatua dute eta, beraz, material amorfoak dira.

Inoiz baldosei begiratu badiezu kalean zindoazela, ikusiko zenuen nola errepikatzen diren patroiak eta nola lortzen den efektu hori baldosa bakar bat amaigabe errepikatuz. Kristal-egitura bati buruz hitz egiten dugunean, kristalografook unitate-gela erabiltzen dugu materialaren egitura ulertzeko. Eta berriro ere adibidera estrapolatuz gero, baldosa unitate horri egokituko litzaioke. Hau da, unitate gelaxka da materialaren egiturak sortzen duen unitaterik txikiena, norabide guztietan errepikatzen bada. Irudian, kristal-egituraren unitate itxitura ikus dezakegu, erronbo gorri bat bezala, eta norabide guztietan erreproduzitzen dela ikus dezakegu (alboko erronboak, aldizkako lerroekin).

X izpiek solido amorfoei buruzko informazio garrantzitsua eman diezagukete. Izan ere, CIC energiGUNEk bere ekipoen artean SAXS bat du (ingelesezko sigletakoa, angelu txikiko X izpien difraktometroa), besteak beste, konposatu amorfoen edo kristal gutxiko konposatuen ordena edo porositatea ezagutzeko erabiltzen dena. Nolanahi ere, benetan garrantzitsuak dira material ordenatuen karakterizazioan. Are gehiago, X izpien difrakzioa mundu osoan materialak karakterizatzeko ohiko sistema bat da; izan ere, solidoen kristal-egitura zehazteko erabiltzen dira, solidoetan atomoak zehaztasun handiz ordenatzeko moduari buruzko informazioa ateraz.

Baina nolakoak dira X izpiak guri informazio hori emateko?

Max Von Lauek iragarri zuen, atomoak kristal batean erregularki ordenatuta badaude, lagin bat X izpi sorta batekin irradiatzean izpi batzuk difraktatu egingo liratekeela. Eta ez zebilen oker, teoria hori Paul Knippingek, Walter Friedrichek eta Max Von Lauek berak frogatu baitzuten 1912an. William Henry Braggek eta bere seme William Lawrence Braggek, berriz, difrakzio hori aztertu eta Braggen legea garatu zuten. Lege horrek difrakzioa gertatzen den zenbait baldintza deskribatzen ditu, eta horri esker, gai gara X izpiek atomoek egituraren barruan dituzten posizioekin duten difraktatzeko angelua korrelatzeko.

Oro har, izpi difraktatuek, material bat X izpi sorta baten eraginpean jartzean, difrakzio patroi bat sortzen dute, intentsitate eta forma desberdineko tontor serie bat, hurrengo irudian agertzen den bezala. FullProf bezalako software espezifikoekin egiten diren eragiketa matematiko konplexuak erabiliz, materialaren egiturari buruzko informazio oso garrantzitsua lor daiteke. Gaingiroki, gailurren kokapena unitate-gelaxkaren tamainaren araberakoa da; horien intentsitatea atomoen izaerak eta gelaxka horren barruan duten posizioak baldintzatzen dute; gailurraren profilak, berriz, kristalinoen tamainari buruzko informazioa ematen du, baita akatsak bezalako beste kontsiderazio batzuei buruzkoa ere. Material kristalinoetako akatsen garrantzia eta FAULTS softwareak akats horiek deskribatzen nola laguntzen digun Marine Reynaud doktoreak idatzitako aurreko artikulu batean jaso da.

X izpien difrakzioa lanean

Karakterizazio-teknika bat oso goraka doa, oso erabilgarria delako: lanean ari den X izpien difrakzioa. Teknika honen bidez, X izpien neurriak hartzen dira, eta, aldi berean, materialari erabilera berezi bat ematen zaio. Baterietarako materialen kasuan, neurri horiek kargatzen eta deskargatzen ditugun bitartean egiten dira. Horrela, materialari une bakoitzean zer gertatzen zaion ikus dezakegu, eta horrek bateria erabiltzean nola jokatzen duen jakiten laguntzen digu, hori funtsezkoa baita bateria hobetzeko.

Gainera, datuak eskuratzeko abiadurak berebiziko garrantzia duenez, intentsitate handiko X izpiak oso komenigarriak dira (zenbat eta intentsitate handiagoa izan, orduan eta denbora gutxiago behar da kalitate-datuak lortzeko), eta, beraz, oso ohikoa da neurri horiek sinkrotronetan egitea, hala nola Bartzelonako ALBAn edo Grenobleko ESRFen; izan ere, instalazio zientifiko horietan, ohiko laborategietan baino intentsitate nabarmen handiagoko X izpiak sortzen dira.

CIC energiGUNEn, X izpien difrakzio-plataforma azken belaunaldiko hiru ekipok osatzen dute. Ekipo horiei esker, luzera-gama oso zabal baten analisia estali daiteke, sare kristalino atomikotik hasi eta informazio morfologikora arte, eskala nanometrikoan. Gainera, ALBAko eta beste sinkrotroi batzuetako zientzialariekin elkarlanean aritzen gara maiz, eta gela berezi bat garatu dugu sinkrotroian zein X izpiko aparatu konbentzionaletan lan eginez neurketak egiteko.

Ikusi dugunez, X izpien difrakzioa karakterizazio-teknika ezin hobea da material aurreratuak garatzeko behar-beharrezkoa den egiturazko informazio ugari lortzeko. Horregatik, CIC energiGUNEn difrakzioan adituak diren talde bat dago, ikerketaren abangoardian mantentzeko materialak hobetzen lagun dezakeena, bai eta hala behar duten zentro akademiko eta industrialei zerbitzua eta sostengua ematen ere.