Onderzoek naar de synthese van nieuwe materialen kan leiden tot duurzamere en milieuvriendelijkere zaken als zonnepanelen en light emitting diodes (LED's). Wetenschappers van Ames National Laboratory en Iowa State University hebben een colloïdale synthesemethode ontwikkeld voor aardalkali-chalcogeniden. Met deze methode kunnen ze de grootte van de nanokristallen in het materiaal regelen. Ze waren ook in staat om de oppervlaktechemie van de nanokristallen te bestuderen en de zuiverheid en optische eigenschappen van de betrokken materialen te beoordelen. Hun onderzoek wordt besproken in het artikel "Alkaline-Earth Chalcogenide Nanocrystals:Solution-Phase Synthesis, Surface Chemistry, and Stability", gepubliceerd in ACS Nano .

Aardalkali-chalcogeniden zijn een type halfgeleider dat steeds meer in de belangstelling staat van wetenschappers. Ze hebben een verscheidenheid aan mogelijke toepassingen, zoals bio-imaging, LED's en thermische sensoren. Deze verbindingen kunnen ook worden gebruikt om optische materialen te maken, zoals perovskieten, die licht omzetten in energie.

Volgens Javier Vela, Ames Lab-wetenschapper en de John D. Corbett Professor of Chemistry aan de Iowa State University, is een van de redenen waarom deze nieuwe materialen interessant zijn, omdat "ze bestaan ​​uit overvloedige en biocompatibele elementen van de aarde, waardoor ze gunstige alternatieven zijn vergeleken met tot de meer algemeen gebruikte giftige of dure halfgeleiders."

Vela legde uit dat meer algemeen gebruikte halfgeleiders lood of cadmium bevatten, beide elementen die schadelijk zijn voor de menselijke gezondheid en het milieu. Bovendien is de meest populaire techniek die wetenschappers gebruiken om deze materialen te synthetiseren, vastestofreacties. "Deze reacties treden vaak op bij extreem hoge temperaturen (boven 900 ° C of 1652 ° F) en vereisen reactietijden die van dagen tot weken kunnen duren", zei hij.

Aan de andere kant legde Vela uit dat "oplossingsfase (colloïdale) chemie kan worden uitgevoerd met veel lagere (onder 300 ° C of 572 ° F) temperaturen en kortere reactietijden." De colloïdale methode die Vela's team gebruikte, vereist dus minder energie en tijd om de materialen te synthetiseren.

Vela's team ontdekte dat de colloïdale synthesemethode hen in staat stelde de grootte van de nanokristallen te regelen. De grootte van nanokristallen is belangrijk omdat het de optische eigenschappen van sommige materialen bepaalt. Vela legde uit dat wetenschappers door de grootte van de deeltjes te veranderen, kunnen beïnvloeden hoe goed de materialen licht absorberen. "Dit betekent dat we mogelijk materialen kunnen synthetiseren die meer geschikt zijn voor specifieke toepassingen, gewoon door de nanokristalgrootte te veranderen," zei hij.

Volgens Vela was het oorspronkelijke doel van het team om halfgeleidende aardalkali-chalcogenide-perovskieten te synthetiseren, vanwege hun potentiële gebruik in zonne-apparaten. Om dit doel te bereiken, hadden ze echter een dieper begrip nodig van de fundamentele chemie van aardalkali-chalcogeniden. Ze kozen ervoor om zich in plaats daarvan op deze binaire materialen te concentreren.

Vela zei dat hun onderzoek voorziet in een behoefte om het begrip van wetenschappers van fotovoltaïsche, lichtgevende en thermo-elektrische materialen die zijn gemaakt van aarde-overvloedige en niet-toxische elementen te verbeteren. Hij zei:"We hopen dat onze ontwikkelingen met dit project uiteindelijk helpen bij de synthese van complexere nanomaterialen, zoals de aardalkali-chalcogenide-perovskieten."

De auteurs van de studie waren Alison N. Roth, Yunhua Chen, Marquix A. S. Adamson, Eunbyeol Gi, Molly Wagner, Aaron J. Rossini en Javier Vela. + Verder verkennen

Chemici gebruiken overvloedige, goedkope en niet-toxische elementen om halfgeleiders te synthetiseren