Perovskieten zijn materialen die bestaan ​​uit organische verbindingen gebonden aan een metaal. Door hun structuur en eigenschappen in de voorhoede van materiaalonderzoek gestuwd, perovskieten zijn bestemd voor een breed scala aan toepassingen, ook in zonnecellen, LED lichten, lasers, en fotodetectoren.

Die laatste aanvraag, foto- of lichtdetectie, is van bijzonder belang voor wetenschappers van EPFL's School of Basic Sciences die een perovskiet hebben ontwikkeld die gammastralen kan detecteren. Onder leiding van de laboratoria van professoren László Forró en Andreas Pautz, de onderzoekers hebben hun werk gepubliceerd in Geavanceerde wetenschap .

"Dit fotovoltaïsche perovskietkristal, gekweekt in deze kilogramgrootte, is een gamechanger, " zegt Forró. "Je kunt het in wafels snijden, zoals silicium, voor opto-elektronische toepassingen, en, In deze krant, we demonstreren het nut ervan bij detectie van gammastraling."

Gammastraling bewaken

Gammastraling is een soort doordringende elektromagnetische straling die wordt geproduceerd door het radioactieve verval van atoomkernen, bijv. in nucleaire of zelfs supernova-explosies. Gammastraling bevindt zich aan het kortste uiteinde van het elektromagnetische spectrum, wat betekent dat ze de hoogste frequentie en de hoogste energie hebben. Daarom, ze kunnen in bijna elk materiaal doordringen, en worden veel gebruikt in de binnenlandse veiligheid, astronomie, industrie, kerncentrales, milieu Controle, Onderzoek, en zelfs medicijnen, voor het opsporen en bewaken van tumoren en osteoporose.

Maar juist omdat gammastraling biologisch weefsel kan aantasten, we moeten ze in de gaten kunnen houden. Om dit te doen, we hebben behoefte aan eenvoudige, betrouwbaar, en goedkope gammastraaldetectoren. De perovskiet die de EPFL-wetenschappers ontwikkelden, is gebaseerd op kristallen van methylammoniumloodtribromide (MAPbBr ₃ ) en lijkt een ideale kandidaat, aan al deze eisen voldoen.

Kristalheldere voordelen

Perovskieten worden eerst "gegroeid" als kristallen, en de kwaliteit en helderheid van de kristallen bepaalt de efficiëntie van het materiaal wanneer het wordt omgezet in dunne films die kunnen worden gebruikt in apparaten zoals zonnepanelen.

De perovskietkristallen die de EPFL-wetenschappers maakten, vertonen een hoge helderheid met zeer lage onzuiverheden. Toen ze gammastraling op de kristallen testten, ze ontdekten dat ze fotodragers genereerden met een product met een hoge 'mobility-lifetime', ' wat een meting is van de kwaliteit van stralingsdetectoren. Kortom, de perovskiet kan gammastralen efficiënt detecteren bij kamertemperatuur, gewoon door weerstandsmeting.

Goedkopere en schaalbare synthese

Het MAPbBr3-deel van de "metaalhalogenide"-familie van perovskieten, inhoudende dat, in tegenstelling tot marktleidende kristallen, de kristallen kunnen worden gekweekt uit overvloedige en goedkope grondstoffen. De synthese vindt plaats in oplossingen dichtbij kamertemperatuur zonder dat er dure apparatuur nodig is.

Natuurlijk, dit is niet de eerste perovskiet die is gemaakt voor detectie van gammastraling. Maar het volume van de meeste in het laboratorium gekweekte metaalhalogenideperovskieten die hiervoor worden gebruikt, is beperkt tot ongeveer 1,2 ml, die nauwelijks schaalbaar is naar commerciële niveaus. Echter, het team van EPFL ontwikkelde ook een unieke methode, 'georiënteerde kristal-kristalvergroeiing' genaamd, waarmee ze een hele liter kristallen konden maken van in totaal 3,8 kg.

"Persoonlijk, Ik vond het erg leuk om te werken aan de gemeenschappelijke grenzen van de fysica van de gecondenseerde materie, scheikunde en reactorfysica, en om te zien dat deze samenwerking kan leiden tot een belangrijke toepassing in onze samenleving, " zegt Pavao Andricevic, de hoofdauteur.