211service.com
Selvsamlende nanostrukturer
Forskere ved University of California, Berkeley, har fundet en nem måde at lave en kompleks nanostruktur på, der består af bittesmå stænger besat med nanokrystaller. Den nye selvsamlende syntesemetode kan føre til indviklede nanomaterialer til mere effektive solceller og billigere enheder til direkte omdannelse af varme til elektricitet.
Ingen montering nødvendig: Nanorods af cadmiumsulfid med sølvsulfid kvanteprikker (mørke pletter) dannes automatisk, når forskere blander de rigtige startkemikalier sammen.
I strukturerne er kvanteprikkerne alle omkring den samme størrelse og er fordelt jævnt langs stængerne - en bedrift, der tidligere krævede særlige forhold såsom et vakuum, hvor forskere omhyggeligt kontrollerer størrelsen og afstanden mellem forskellige materialer, siger Paul Alivisatos , professoren i kemi og materialevidenskab ved Berkeley, der ledede arbejdet. I modsætning hertil blander Alivisatos blot de passende udgangsmaterialer sammen i en opløsning; disse materialer arrangerer derefter sig selv i den ordnede struktur.
Sådanne løsningsbearbejdningsteknikker kan føre til fremstillingsmetoder, hvor materialer, som dem, der bruges i solceller, udskrives på kontinuerlige ark, hvilket reducerer omkostningerne sammenlignet med andre metoder. Hver gang du laver noget i opløsning, snarere end i et vakuum, bliver det meget nemmere og billigere, siger Moungi Bawendi , en kemiprofessor ved MIT, som ikke var involveret i dette arbejde.
For at lave stængerne blander Alivisatos en kombination af methanol og et sølvsalt til en opløsning, der allerede indeholder cadmium-sulfid nanorods. Cadmiumioner har en stærk affinitet til methanol. Som et resultat, når materialerne blandes, trækker methanolen cadmium ud af nanoroderne. Sølvioner udfylder derefter de ledige pletter, som er efterladt af cadmium, og danner områder med sølvsulfid i stangen. Samtidig regulerer forskelle i de krystallinske strukturer af cadmiun-sulfid-stavene og sølvsulfid-kvanteprikkerne prikkernes størrelse og afstand. Dette er første gang sådanne forskelle er blevet brugt til at kontrollere selvsamlingen af materialer i opløsning.
De nanokrystal-besatte stænger kan vise sig at være nyttige til solceller og termoelektriske enheder, der omdanner varme direkte til elektricitet. For eksempel i konventionelle solceller genererer hver foton kun en enkelt elektron. Men visse former for kvanteprikker omdanner enkelte fotoner til flere elektroner, hvilket kan mere end fordoble solcellernes effektivitet. (Se Silicon og Sun.) Problemet har været at fange disse elektroner for at skabe en elektrisk strøm. Indlejring af kvanteprikker inde i stænger af et andet materiale kunne hjælpe med dette problem, siger Alivisatos. Kvanteprikkerne ville absorbere lyset, mens det andet materiale ville fange de elektroner, som prikkerne genererer.
En lignende konfiguration er lovende for termoelektrik, enheder, der direkte omdanner varme til elektricitet. De vekslende krystalstrukturer i nanoroderne kunne blokere overførslen af varme, mens de tillader elektroner at passere - to nøglefunktioner ved sådanne enheder.
Efter at have demonstreret den nye metode til fremstilling af strukturerne, begynder Alivisatos og hans kolleger at studere materialernes potentielle fotoelektriske og termoelektriske egenskaber. De bliver sandsynligvis nødt til at henvende sig til forskellige forbindelser, såsom kobbersulfid og cadmiumsulfid - en kombination, der tidligere har været brugt til solceller, siger Alivisatos. Der er dog ingen garanti for, at disse materialer vil danne de samme ordnede strukturer, eller faktisk at strukturerne vil fungere, som forskerne håber, de vil.
Selvom disse særlige strukturer ikke viser sig at være nøglen til billige, højeffektive solceller, kan den nye selvsamlingsmetode til fremstilling af nanostrukturer inspirere til nye materialer, der er. Og Bawendi fremhæver behovet for at fortsætte grundforskning som denne for at løse nutidens energiproblemer. Vi ved ikke, hvad løsningen bliver, siger han. Men hvis vi skaber omhyggeligt beskrevne materialer af høj kvalitet, som Alivisatos har gjort, kan nogle af dem være svaret, siger Bawendi.