Nyt materiale lover løfte om at skabe mere fleksibel, effektive teknologier

Et organisk-uorganisk hybridmateriale kan være fremtiden for mere effektive teknologier, der kan generere elektricitet fra enten lys eller varme eller enheder, der udsender lys fra elektricitet.

FAMU-FSU College of Engineering Assistant Professor Shangchao Lin har offentliggjort en ny artikel i tidsskriftet ACS Nano der forudsiger, hvordan et organisk-uorganisk hybridmateriale kaldet organometalhalogenidperovskitter kunne være mere mekanisk fleksibelt end eksisterende silicium og andre uorganiske materialer, der bruges til solceller, termoelektriske apparater og lysdioder.

I en separat undersøgelse, Lin fandt ud af, at de måske også var mere energieffektive.

"Vi behandler dette fra et teoretisk perspektiv, "Lin sagde." Ingen har virkelig set på de mekaniske og termiske egenskaber ved dette nye materiale, og hvordan det kunne bruges. "

Gennem matematiske simuleringer, Lin fandt ud af, at organisk-uorganiske hybridperovskitter skulle være ekstremt formbare og fleksible. Selvom mange forskere har set på perovskitter for energiteknologier, de troede ikke, at de var levedygtige for visse enheder på grund af deres krystalstruktur. Forskere troede, at de ville knuse, hvis de bruges til noget som et solpanel.

Imidlertid, Lin fandt ud af, at hybride perovskitter forudsiges langsomt at bryde gennem en krystallinsk-til-amorf overgang, hvilket ville gøre dem meget skadetolerante.

Før mekanisk fejl, de kan absorbere dobbelt så meget elastisk energi fra ekstern belastning end materialer, der i øjeblikket bruges i elektroniske enheder, såsom silicium og galliumarsenid.

I et tidligere papir offentliggjort i tidsskriftet Avancerede funktionelle materialer , Lin og hans team forudsagde, at hybridperovskitter besidder meget lav varmeledningsevne på grund af den organiske komponent. Dette kunne gøre dem til ideelle materialer til højeffektiv termoelektrisk energiomdannelse.

Specifikt, hans arbejde antydede, at hybridperovskitter er dobbelt så effektive som det nuværende topmoderne termoelektriske materiale, vismut telluride, som er meget dyrt og består af sjældne jordarter.

"Den fantastiske energiomsætningseffektivitet, der findes i hybrid -perovskitter, har sat den på grænsen til materialefund, "Sagde Lin." Endnu mere spændende, hybrid-perovskites-baserede solceller er fire gange så effektive, hvad angår kvanteudbytte, end polymerbaserede. De er også lige så effektive som de nuværende, almindelige siliciumbaserede solceller, men er meget mere fleksible og billigere at lave fra en løsningsfase gennem en procedure, der meget ligner inkjetudskrivning. "

Lin håber at følge disse to undersøgelser ved at samarbejde med eksperimentelle kemikere, materialeforskere og apparatingeniører, der kunne sætte hans teoretiske rammer på prøve.

"Computational materials-by-design vil være et kraftfuldt forudsigelsesværktøj for forskere på FSU og på andre universiteter og industri at bruge, når de går videre på dette område, " han sagde.