Materialeforskere afslører organiserende principper for design af nanoskopiske materialer

(Phys.org) — Den ultimative drøm, der går i opfyldelse for materialeforskere, er at have evnen til at lave materialer, der kan påtage sig egenskaber og adfærd, der passer bedst til vores behov. Nye materialer kan give effektive måder at opfange solenergi på og hjælpe os markant at fremme den måde, motorer på, generatorer og andre enheder, der er afgørende for at forbedre vores energibehov.

Men videnskabsmænd skal først virkelig forstå egenskaberne ved klyngesamling gennem den enkelte klynge. Imidlertid, det er lidt som at forsøge at tyde en symfoni ved kun at lytte til percussion. Det har været gåden med at flytte feltet fremad.

Nu, takket være arbejdet fra et team af videnskabsmænd fra Virginia Commonwealth University, Pennsylvania State University og University of California, Los Angeles, materialeforskere vil have større indsigt i de organiserende principper, der giver mulighed for design af nanoskopiske materialer med specifik båndgab-energi. Båndgab-energi refererer til den minimale lysenergi, som materialet kan absorbere.

Cluster-samlede materialer er faste stoffer, der er konstrueret af klynger - små nanopartikler af nogle få til et par dusin atomer. Ved at fremstille disse materialer med forskellige links, samlingen kan laves i adskilte klynger, kæder af klynger, ark af klynger og tredimensionelle gitter af klynger. Ved at ændre disse linkere, den laveste energifarve af lys, materialet kan absorbere, kan ændres fra dybt infrarødt til grønt.

Denne forskning forklarer, hvordan linkers interagerer med klyngen, og hvad der bestemmer farven på materialet.

"Resultaterne hjælper med at opfylde den ultimative drøm inden for materialevidenskab, nemlig evnen til at syntetisere nye materialer, der ikke allerede eksisterede i naturen, og som kan udføre funktioner for at tilfredsstille vores voksende behov, " sagde ledende efterforsker Shiv N. Khanna, Ph.D., professor ved Institut for Fysik i VCU College of Humanities and Sciences.

Ifølge Khanna, at udvikle et materiale med det passende båndgab, der vil absorbere flere bølgelængder, vil maksimere effektiviteten, hvormed solenergien kan absorberes. Sollys dækker et bredt spektrum af bølgelængder med den maksimale energibølgelængde på omkring 4950 Å.

"De principper, der er udviklet gennem den nuværende undersøgelse, tilbyder en generel tilgang til syntese af materialer med kontrollerbare funktionaliteter, sagde Arthur Reber, Ph.D., forskningslektor i VCU Institut for Fysik, som samarbejdede om undersøgelsen med Khanna.

"Som et eksempel, vi har netop vist, hvordan nye magnetiske faste stoffer kan syntetiseres ved at samle udvalgte nanopartikler. Disse faste stoffer har potentielle anvendelser i motorer, generatorer og andre enheder, der er kritiske for energibehov, " sagde Khanna.

Holdet videreudvikler nu deres ideer til at demonstrere applikationer inden for optisk, katalytiske og magnetiske materialer.

Forskerne udførte en række teoretiske beregninger og første principper for elektroniske strukturundersøgelser, indsamlede røntgendata og udførte computermodellering.

Undersøgelsen blev for nylig offentliggjort i Beretninger om kemisk forskning , et tidsskrift fra American Chemical Society. Undersøgelsen har titlen, "Kontrol af båndgap-energien af ​​klyngesamlede materialer."