Javier Vela, wetenschapper aan het Ames Laboratory van het Amerikaanse ministerie van Energie, gelooft in verbeteringen in computerprocessors, Tv-schermen en zonnecellen zullen voortkomen uit wetenschappelijke vooruitgang in de synthese van laagdimensionale nanomaterialen.

Ames Laboratory-wetenschappers staan ​​bekend om hun expertise in de synthese en productie van verschillende soorten materialen, volgens Vela, die ook universitair hoofddocent scheikunde aan de Iowa State University is. In veel gevallen, die nieuwe materialen worden in bulkvorm gemaakt, wat betekent micrometers tot centimeters groot. Vela's groep werkt met kleine, nanometer, of een miljardste van een meter groot, nanokristallen.

"We proberen erachter te komen wat er gebeurt met materialen als we naar kleinere deeltjesgroottes gaan, zullen de materialen worden verbeterd of negatief worden beïnvloed, of zullen we eigenschappen vinden die niet werden verwacht, "Zei Vela. "Ons doel is om de wetenschap van laagdimensionale nanomaterialen te verbreden." In een uitgenodigde paper gepubliceerd in Chemie van materialen recht hebben, "Synthetische ontwikkeling van laagdimensionale materialen", Vela en co-auteurs Long Men, mijl wit, Himashi Andaraarachchi, en Bryan Rosales bespraken hoogtepunten van enkele van hun meest recente werk over de synthese van laagdimensionale materialen.

Een van die onderwerpen was de vooruitgang in de synthese van op germanium gebaseerde kern-schaal nanokristallen. Vela zegt dat de industrie erg geïnteresseerd is in op halfgeleidende nanokristallen gebaseerde technologieën voor toepassingen zoals zonnecellen.

Kleine deeltjesgrootte kan veel dingen beïnvloeden, van transporteigenschappen (hoe goed een nanokristal warmte en elektriciteit geleidt) tot optische eigenschappen (hoe sterk het interageert met licht, licht absorbeert en licht uitstraalt). Dit geldt met name voor fotovoltaïsche zonnecellen. "Laten we zeggen dat je een halfgeleidermateriaal gebruikt om een ​​zonne-apparaat te maken, er zijn vaak verschillende prestaties wanneer zonnecellen zijn gemaakt van bulkmaterialen in tegenstelling tot wanneer ze zijn gemaakt met nanomaterialen. Nanomaterialen gaan anders om met licht; ze absorberen het beter. Dat is een manier waarop u apparaten kunt manipuleren en hun prestaties of stroomconversie-efficiëntie kunt verfijnen, ' zei Vela.

Naast zonnecellen, Vela zegt dat er een enorme interesse is in het gebruik van nanokristallen in kwantumdot-televisie en computerschermen. optische apparaten zoals LED's (light-emitting diodes), biologische beeldvorming, en telecommunicatie.

Hij zegt dat er op dit gebied veel uitdagingen zijn, omdat, afhankelijk van de kwaliteit van de gebruikte nanokristallen, je kunt verschillende emissie-eigenschappen zien, die de zuiverheid van het licht kunnen beïnvloeden. "Uiteindelijk kan de grootte van de nanokristallen die worden gebruikt een enorm verschil maken in de zuiverheid of scherpte van kleuren in tv- en computerschermen, ", zei Vela. "Televisie- en computertechnologie is wereldwijd een miljardenbusiness, dus je kunt de potentiële waarde zien die ons begrip van de eigenschappen van nanokristallen voor deze technologieën kan betekenen."

In de krant, Vela's groep besprak ook de vorderingen die zijn gemaakt in de studie van de synthese en spectroscopische karakterisering van organoloodhalogenideperovskieten, die volgens Vela enkele van de meest veelbelovende halfgeleiders voor zonnecellen zijn vanwege hun lage kosten en gemakkelijkere verwerkbaarheid. Hij voegt eraan toe dat fotovoltaïsche cellen die van deze materialen zijn gemaakt, nu een stroomconversie-efficiëntie van meer dan 22 procent bereiken. Vela's onderzoek op dit gebied was gericht op perovskieten met gemengde halogenides. Hij zegt dat zijn groep heeft ontdekt dat deze materialen interessante chemische en fotofysische eigenschappen vertonen die mensen zich niet eerder realiseerden. en nu proberen ze de correlatie tussen de structuur en de chemische samenstelling van perovskieten en hoe ze zich in zonnecellen gedragen beter te begrijpen. "Een van onze doelen is om wat we hebben geleerd te gebruiken om de kosten van zonnecellen te verlagen en ze betrouwbaarder en gemakkelijker te produceren, ' zei Vela.

In aanvulling, Vela's groep bestudeert hoe lood in traditionele organoloodhalogenideperovskieten kan worden vervangen door iets minder giftig, zoals germanium. "In principe, dit is een gebied dat veel beter bekend zou moeten zijn, maar dat is het niet, "zei Vela. "Toen we lood door germanium konden vervangen, we hebben een lichtere perovskiet kunnen produceren, waarvan hij zegt dat dit een positieve invloed kan hebben op de auto-industrie, bijvoorbeeld.

"Dit kan grote gevolgen hebben voor transporttoepassingen waar je niet veel lood wilt omdat het zo zwaar is, " zei Vela. In de toekomst zegt Vela dat de focus van zijn groep zal liggen op het bevorderen van de wetenschap in laagdimensionale materialen.

"We werken niet met bekende materialen, maar de nieuwste; de meest recent ontdekte "Zei Vela. "En elke keer dat we de wetenschap vooruit kunnen helpen, zijn we een stap dichter bij mogelijkheden voor meer commercialisering, meer productie, meer productie en meer banen in de VS."