Teal Scott: Cum să slăbești (februarie 2021).
Cercetătorii de la Departamentul de Energie al SUA din Ames au dezvoltat nanoparticule de germaniu cu fotoluminescență îmbunătățită, făcându-le materiale potențial mai bune pentru celulele solare și sondele imagistice. Echipa de cercetare a descoperit că, prin adăugarea de staniu la miezul nanoparticulelor de germaniu, structura sa de grilă se potrivește mai bine cu structura de grătar a stratului de sulf de cadmiu, care permite particulelor să absoarbă mai multă lumină.
„Pentru materialul fotovoltaic, lumina de absorbție este probabil prima parte, iar conversia energiei solare în energie electrică este a doua parte”, a declarat Emily Smith, șeful Laboratorului Ames. „Așadar, doriți material care să o facă în mod eficient”. Germaniul are unele proprietăți de dorit pentru materialele fotovoltaice, dar, din păcate, nu absoarbe bine lumina. "
O parte a problemei este că suprafața exterioară a nanoparticulelor de germaniu se schimbă în timp, în principal din cauza oxidării. Lucrările anterioare ale oamenilor de știință ai laboratorului Ames, Javier Vela, au descoperit că acoperirea nanoparticulelor - denumită în mod obișnuit pasivarea suprafeței - îmbunătățește capacitatea nanoparticulelor de a absorbi lumina.
„De fapt, nu luăm absorbție”, a explicat Smith, „măsurăm luminiscența - cantitatea de lumină transmisă după absorbția fotonului”.
„Faptul că germana nu absoarbe bine lumina este o modalitate ușoară de a spune că este un material indirect”, adaugă Smith, „și încercăm să creăm un material cu bandă dreaptă care să absoarbă mai bine lumina”.
Conform literaturii de cercetare, adăugarea de staniu pare să îmbunătățească proprietățile de absorbție ale germaniei. Cu toate acestea, cercetătorii Ames Laboratory au descoperit că chiar și atunci când se adaugă staniu, nanoparticulele au necesitat în continuare tratament de suprafață. Cu toate acestea, au descoperit că relația dintre structura atomică a acoperirii de suprafață și materialul de bază poate crește și mai mult absorbția luminii.
Metoda specifică utilizată se numește adsorbție secvențială și reacție a stratului ionic sau „SILAR”, care a fost adaptată pentru prima dată coloizilor din grupa IV în urmă cu câțiva ani.
„Dezvoltăm expertiza necesară pentru a produce un nucleu complex/coajă și alte nanoparticule bine definite pentru mulți ani de acum încolo”, a spus Vela. „Prin colaborarea noastră cu grupul Emily Smith, sperăm să putem continua să manipulăm și să direcționăm fluxurile de energie din nanometru”.
Folosind transmisia microscopiei electronice și studiile de difracție cu raze X în pulbere pentru a studia caracteristicile structurale ale nanoparticulelor și Ramans și spectroscopiile de fotoluminescență pentru a cuantifica tulpina rețelei și comportamentul fotoluminiscent, grupul a găsit o corelație între cantitatea de staniu din nucleu și rețeaua corespunzătoare rețeaua rețea la rețeaua exterioară.
„Atomii se află într-un loc foarte specific în nucleul nanocristalin și, atunci când aplicați învelișul în jurul nanocristalului, atomii învelișului nu se potrivesc exact cu atomii din nucleu”, a spus Smith. „Cu singurul material folosit în Germania până acum, miezul și carcasa nu s-au întâlnit perfect”.
„Când am studiat particulele de germaniu și staniu, am sugerat să funcționeze mai bine, deoarece spațiul atomilor se potrivește mai bine cu spațiul atomilor pe care i-am folosit în stratul de coajă”, a spus ea. In acest fel, obtineti o coaja mai perfecta, care este mai putin probabil sa provoace modificari chimice pe suprafata miezului nanoparticulelor.
O altă posibilitate de utilizare a acestui material, pe lângă fotovoltaic, este că, în microscopie sau imagistică, cercetătorii trebuie adesea să „eticheteze” o proteină sau altă proprietate cu o „sondă” de nanoparticule pentru a-l aprinde, facilitând vizualizarea și studierea.
Rezultatele cercetării „Miez nanocristalin/miez de sulfură de cadmiu/nanocristale Shell cu fotoluminescență îmbunătățită în infraroșu apropiat” au fost publicate în revista Chemistry of Materials din American Chemical Society.