211service.com
Savaime susirenkančios nanostruktūros
Kalifornijos universiteto Berklio tyrėjai rado paprastą būdą sukurti sudėtingą nanostruktūrą, kurią sudaro maži strypeliai, nusagstyti nanokristalais. Dėl naujojo savaiminio surinkimo sintezės metodo gali būti sukurtos sudėtingos nanomedžiagos efektyvesniems saulės elementams ir pigesni įrenginiai, skirti tiesiogiai šilumą paversti elektra.
Nereikia surinkti: Kadmio sulfido nanorodeliai su sidabro-sulfido kvantiniais taškais (tamsiomis dėmėmis) susidaro automatiškai, kai mokslininkai sumaišo tinkamas pradines chemines medžiagas.
Struktūrose visi kvantiniai taškai yra maždaug tokio paties dydžio ir yra tolygiai išdėstyti išilgai strypų – tai žygdarbis, kuriam praeityje reikėjo specialių sąlygų, tokių kaip vakuumas, tyrėjams atidžiai kontroliuojant skirtingų medžiagų dydį ir tarpus. Paulius Alivisatos , Berklio chemijos ir medžiagų mokslo profesorius, kuris vadovavo darbui. Priešingai, Alivisatos tiesiog sumaišo atitinkamas pradines medžiagas tirpale; tada šios medžiagos išsidėsto į tvarkingą struktūrą.
Tokie tirpalų apdorojimo metodai gali paskatinti gamybos metodus, kai medžiagos, pvz., naudojamos saulės elementuose, spausdinamos ant ištisinių lapų, o tai sumažina išlaidas, palyginti su kitais metodais. Kai ką nors gaminate tirpale, o ne vakuume, tai tampa daug lengviau ir pigiau, sako Moungi Bawendi , MIT chemijos profesorius, kuris nedalyvavo šiame darbe.
Norėdami pagaminti strypus, „Alivisatos“ sumaišo metanolio ir sidabro druskos derinį į tirpalą, kuriame jau yra kadmio sulfido nanostrypų. Kadmio jonai turi stiprų afinitetą metanoliui. Dėl to, sumaišius medžiagas, metanolis iš nano strypų ištraukia kadmį. Tada sidabro jonai užpildo laisvas vietas, kurias paliko kadmis, ir lazdelėje susidaro sidabro sulfido plotai. Tuo pačiu metu kadmiuno-sulfido strypų ir sidabro-sulfido kvantinių taškų kristalinių struktūrų skirtumai reguliuoja taškų dydį ir atstumą. Tai pirmas kartas, kai tokie skirtumai naudojami kontroliuojant medžiagų savaiminį surinkimą tirpale.
Nanokristalais nusagstyti strypai gali būti naudingi saulės elementams ir termoelektriniams įrenginiams, kurie šilumą paverčia tiesiogiai elektra. Pavyzdžiui, įprastuose saulės elementuose kiekvienas fotonas generuoja tik vieną elektroną. Tačiau tam tikros rūšies kvantiniai taškai paverčia pavienius fotonus į kelis elektronus, o tai gali daugiau nei dvigubai padidinti saulės elementų efektyvumą. (Žr. Silicis ir saulė.) Problema buvo užfiksuoti tuos elektronus, kad būtų sukurta elektros srovė. Kvantinių taškų įterpimas į kitos medžiagos strypus gali padėti išspręsti šią problemą, sako Alivisatos. Kvantiniai taškai sugertų šviesą, o kita medžiaga užfiksuotų elektronus, kuriuos taškai generuoja.
Panaši konfigūracija perspektyvi ir termoelektrikams – įrenginiams, kurie šilumą tiesiogiai paverčia elektra. Kintamos nanorodelių kristalų struktūros gali blokuoti šilumos perdavimą, tuo pačiu leisdamos elektronams praeiti – dvi pagrindinės tokių prietaisų savybės.
Pademonstravęs naują konstrukcijų gamybos metodą, Alivisatos ir jo kolegos pradeda tyrinėti galimas fotoelektrines ir termoelektrines medžiagų savybes. Tikėtina, kad jie turės kreiptis į skirtingus junginius, tokius kaip vario sulfidas ir kadmio sulfidas - derinys, kuris praeityje buvo naudojamas saulės elementams, sako Alivisatos. Tačiau nėra jokios garantijos, kad šios medžiagos sudarys tokias pačias tvarkingas struktūras arba kad konstrukcijos veiks taip, kaip tikisi tyrėjai.
Net jei šios konkrečios struktūros nepasirodo kaip pigių, didelio efektyvumo saulės elementų raktas, naujasis savaiminio surinkimo metodas nanostruktūroms gaminti gali įkvėpti naujų medžiagų, kurios yra. Ir Bawendi pabrėžia būtinybę tęsti tokius pagrindinius tyrimus, kaip šis, siekiant išspręsti šiandienines energijos problemas. Mes nežinome, koks bus sprendimas, sako jis. Tačiau jei sukursime aukštos kokybės, kruopščiai aprašytas medžiagas, kaip tai padarė Alivisatos, kai kurios iš jų gali būti atsakymas, sako Bawendi.