Grundforskning forbedrer forståelsen af ​​nye optiske materialer

Forskning i syntesen af ​​nye materialer kan føre til mere bæredygtige og miljøvenlige elementer såsom solpaneler og lysdioder (LED'er). Forskere fra Ames National Laboratory og Iowa State University har udviklet en kolloid syntesemetode for jordalkali-chalcogenider. Denne metode giver dem mulighed for at kontrollere størrelsen af ​​nanokrystallerne i materialet. De var også i stand til at studere nanokrystallernes overfladekemi og vurdere de involverede materialers renhed og optiske egenskaber. Deres forskning er diskuteret i papiret "Alkaline-Earth Chalcogenide Nanocrystals:Solution-Phase Synthesis, Surface Chemistry, and Stability," offentliggjort i ACS Nano .

Alkaline earth chalcogenider er en type halvleder, der er af stigende interesse blandt forskere. De har en række mulige anvendelser såsom biobilleddannelse, LED'er og termiske sensorer. Disse forbindelser kan også bruges til at fremstille optiske materialer såsom perovskiter, som omdanner lys til energi.

Ifølge Javier Vela, Ames Lab-forsker og John D. Corbett-professor i kemi ved Iowa State University, er en af ​​grundene til, at disse nye materialer er af interesse, fordi "de består af jordrige og biokompatible elementer, hvilket gør dem til gunstige alternativer sammenlignet med til de mere udbredte giftige eller dyre halvledere."

Vela forklarede, at mere udbredte halvledere indeholder bly eller cadmium, begge elementer, der er skadelige for menneskers sundhed og miljøet. Derudover involverer den mest populære teknik, videnskabsmænd bruger til at syntetisere disse materialer, faststofreaktioner. "Disse reaktioner forekommer ofte ved ekstremt høje temperaturer (over 900 °C eller 1652 °F) og kræver reaktionstider, der kan vare alt fra dage til uger," sagde han.

På den anden side forklarede Vela, at "opløsningsfase (kolloidal) kemi kan udføres ved hjælp af meget lavere (under 300 °C eller 572 °F) temperaturer og kortere reaktionstider." Så den kolloide metode, som Velas team brugte, kræver mindre energi og tid til at syntetisere materialerne.

Velas hold fandt ud af, at den kolloide syntesemetode tillod dem at kontrollere størrelsen af ​​nanokrystallerne. Nanokrystalstørrelsen er vigtig, fordi den bestemmer de optiske egenskaber af nogle materialer. Vela forklarede, at ved at ændre størrelsen på partiklerne kan forskere påvirke, hvor godt materialerne absorberer lys. "Dette betyder, at vi potentielt kan syntetisere materialer, der er mere egnede til specifikke applikationer, blot ved at ændre nanokrystalstørrelsen," sagde han.

Ifølge Vela var holdets oprindelige mål at syntetisere halvledende jordalkali-chalcogenid-perovskitter på grund af deres potentielle brug i solenergi-enheder. Men for at nå dette mål havde de brug for en dybere forståelse af den grundlæggende kemi af alkaliske jord-chalcogenider. De valgte i stedet at fokusere på disse binære materialer.

Vela sagde, at deres forskning udfylder et behov for at forbedre forskernes forståelse af fotovoltaiske, selvlysende og termoelektriske materialer, der er lavet af jordrige og ikke-giftige elementer. Han sagde:"Vi håber, at vores udvikling med dette projekt i sidste ende hjælper med syntesen af ​​mere komplekse nanomaterialer, såsom jordalkali-chalcogenid perovskites."

Studieforfatterne omfattede Alison N. Roth, Yunhua Chen, Marquix A. S. Adamson, Eunbyeol Gi, Molly Wagner, Aaron J. Rossini og Javier Vela. + Udforsk yderligere

Kemikere bruger rigelige, billige og ikke-toksiske grundstoffer til at syntetisere halvledere