Forskere dyrker søpindsvin-formede strukturer

Det er lykkedes schweiziske forskere at dyrke nanostrukturer i form af søpindsvin fra små kugler af polystyrenperler ved hjælp af en simpel elektrokemisk proces. Søpindsvinens pigge består af zinkoxid-nanotråde. Den strukturerede overflade skal bidrage til at øge effektiviteten af ​​fotovoltaiske enheder.

Processer, der giver materialer nye egenskaber, er generelt komplicerede og derfor ofte ret svære at gengive. Så overraskelse bliver til forbløffelse, når videnskabsmænd rapporterer om nye metoder, som ikke kun giver fremragende resultater på trods af, at de bruger økonomisk prissatte udgangsmaterialer, men heller ikke har brug for dyr instrumentering.

Bare et simpelt stel lavet af polystyren

Det er præcis, hvad Jamil Elias og Laetitia Philippe fra Empa's Mechanics of Materials and Nanostructures Laboratory i Thun er lykkedes med. De brugte polystyrenkugler som en slags stillads til at skabe tredimensionelle nanostrukturer af halvledende zinkoxid på forskellige underlag. De to videnskabsmænd er overbeviste om, at de (nanostrukturerede) "ru" men regelmæssigt strukturerede overflader, de har produceret på denne måde, kan udnyttes i en række elektroniske og optoelektroniske enheder såsom solceller og også kortbølgelasere, lysemitterende dioder og feltemissionsdisplays.

Den videnskabelige verden reagerede prompte. Papiret, hvori resultaterne blev rapporteret, blev offentliggjort i januar 2010 i online-udgaven af Avancerede materialer . I samme måned blev det den mest downloadede artikel, og i april blev den udvalgt til at blive vist på indersiden af ​​bladets forside.

Princippet bag processen er ret simpelt. Små kugler af polystyren på få mikrometer i diameter placeres på en elektrisk ledende overflade, hvor de orienterer sig i regelmæssige mønstre. Polystyren er billigt og allestedsnærværende - det er meget udbredt som emballagemateriale (for eksempel til plastyoghurtgryder) eller som isoleringsmateriale i ekspanderet form som et størknet skum.

Hule legemer med prikker til fotovoltaiske applikationer

De bittesmå kugler af polystyren forankret på denne måde danner skabelonen, hvorpå nanotrådene afsættes. Det er lykkedes Jamil Elias at bruge en elektrokemisk metode, som han selv har udviklet til at variere polystyrenkuglernes ledningsevne og elektrolytiske egenskaber på en sådan måde, at zinkoxidet aflejres på overfladen af ​​mikrokuglerne. Med tiden vokser regelmæssige nanotråde fra denne overflade, og når denne proces er afsluttet, fjernes polystyren, efterlader hule sfæriske strukturer med pigge - små søpindsvin, som det var! Tæt pakket på det underliggende underlag, søpindsvinene giver den en tredimensionel struktur, hvorved dens overfladeareal øges betydeligt.

Denne nanostrukturerede overflade er forudbestemt til brug i fotovoltaiske applikationer. Forskerne forventer, at den vil have fremragende lysspredningsegenskaber. Det betyder, at overfladen vil være i stand til at absorbere væsentligt mere sollys og derfor være i stand til at omdanne udstrålet energi til elektricitet mere effektivt. I et projekt støttet af det schweiziske føderale energikontor (SFOE), Laetitia Philippe og hendes forskerhold udvikler ekstremt tynde absorbere (ETA) til solceller, baseret på disse zinkoxidnanostrukturer.