Een organisch-anorganisch hybride materiaal kan de toekomst zijn voor efficiëntere technologieën die elektriciteit kunnen opwekken uit licht of warmte of apparaten die licht uit elektriciteit uitstralen.

FAMU-FSU College of Engineering Assistant Professor Shangchao Lin heeft een nieuw artikel in het tijdschrift gepubliceerd: ACS Nano die voorspelt hoe een organisch-anorganisch hybride materiaal, organometaalhalogenideperovskieten genaamd, mechanisch flexibeler zou kunnen zijn dan bestaand silicium en andere anorganische materialen die voor zonnecellen worden gebruikt, thermo-elektrische apparaten en lichtgevende dioden.

In een aparte studie, Lin ontdekte dat ze misschien ook energiezuiniger zijn.

"We benaderen dit vanuit een theoretisch perspectief, Lin zei. "Niemand heeft echt gekeken naar de mechanische en thermische eigenschappen van dit nieuwe materiaal en hoe het kan worden gebruikt."

Door wiskundige simulaties, Lin ontdekte dat organisch-anorganische hybride perovskieten extreem kneedbaar en flexibel moeten zijn. Hoewel veel onderzoekers hebben gekeken naar perovskieten voor energietechnologieën, ze dachten dat ze niet levensvatbaar waren voor bepaalde apparaten vanwege hun kristalstructuur. Wetenschappers dachten dat ze zouden versplinteren als ze voor zoiets als een zonnepaneel zouden worden gebruikt.

Echter, Lin ontdekte dat van hybride perovskieten wordt voorspeld dat ze langzaam breken door een kristallijne-naar-amorfe overgang, waardoor ze zeer schadetolerant zouden zijn.

Vóór mechanische storing, ze kunnen twee keer zoveel elastische energie van externe belasting absorberen dan momenteel gebruikte materialen in elektronische apparaten, zoals silicium en galliumarsenide.

In een eerder artikel gepubliceerd in het tijdschrift Geavanceerde functionele materialen , Lin en zijn team voorspelden dat hybride perovskieten een zeer lage thermische geleidbaarheid hebben vanwege de organische component. Dit zou ze ideale materialen kunnen maken voor de omzetting van thermo-elektrische energie met een hoog rendement.

specifiek, zijn werk suggereerde dat hybride perovskieten twee keer zo efficiënt zijn als het huidige ultramoderne thermo-elektrische materiaal, bismuttelluride, dat is erg duur en bestaat uit zeldzame aardelementen.

"De verbazingwekkende energieconversie-efficiëntie die wordt gevonden in hybride perovskieten heeft het tot de grens van materiaalontdekking geplaatst, "Zei Lin. "Nog spannender, hybride op perovskieten gebaseerde zonnecellen zijn vier keer zo efficiënt, in termen van kwantumopbrengst, dan op polymeer gebaseerde. Ze zijn ook even efficiënt als de huidige, mainstream zonnecellen op basis van silicium, maar zijn veel flexibeler en goedkoper om te maken vanaf een oplossingsfase via een procedure die sterk lijkt op inkjetprinten."

Lin hoopt deze twee onderzoeken te kunnen volgen door samen te werken met experimentele chemici, materiaalwetenschappers en apparaatingenieurs die zijn theoretisch kader op de proef konden stellen.

"Computationele materialen-by-design zal een krachtig voorspellend hulpmiddel zijn voor onderzoekers van FSU en andere universiteiten en de industrie om te gebruiken als ze vooruitgang boeken op dit gebied, " hij zei.