Selvhelbredende krystalhulrum i dobbelt perovskit nanokrystal

Fra Terminator til Spidermans jakkesæt er der masser af selvreparerende robotter og enheder i sci-fi-film. I virkeligheden reducerer slitage dog effektiviteten af ​​elektroniske enheder, indtil de skal udskiftes. Hvad er den revnede skærm på din mobiltelefon, der heler sig selv natten over, eller er det solpanelerne, der leverer energi til satellitter, der konstant reparerer skaderne forårsaget af mikrometeoritter?

Området for selvreparerende materialer udvides hurtigt, og det, der plejede at være science fiction, kan snart blive til virkelighed, takket være videnskabsmænd fra Technion—Israel Institute of Technology, der udviklede miljøvenlige nanokrystalhalvledere, der er i stand til selvhelbredende. Deres resultater, for nylig offentliggjort i Advanced Functional Materials , beskrive processen, hvor en gruppe materialer kaldet dobbeltperovskitter udviser selvhelbredende egenskaber efter at være blevet beskadiget af strålingen fra en elektronstråle. Perovskitterne, der først blev opdaget i 1839, har for nylig vundet videnskabsmænds opmærksomhed på grund af unikke elektro-optiske egenskaber, der gør dem meget effektive i energiomdannelse, på trods af billig produktion. Der er lagt en særlig indsats i brugen af ​​blybaserede perovskitter i højeffektive solceller.

Technion-forskningsgruppen af ​​professor Yehonadav Bekenstein fra Fakultetet for Materialvidenskab og Teknik og Solid-State Institute på Technion leder efter grønne alternativer til det giftige bly og ingeniør blyfri perovskiter. Holdet er specialiseret i syntese af krystaller i nanoskala af nye materialer. Ved at kontrollere krystallernes sammensætning, form og størrelse ændrer de materialets fysiske egenskaber.

Nanokrystaller er de mindste materialepartikler, der forbliver naturligt stabile. Deres størrelse gør visse egenskaber mere udtalte og muliggør forskningstilgange, der ville være umulige på større krystaller, såsom billeddannelse ved hjælp af elektronmikroskopi for at se, hvordan atomer i materialerne bevæger sig. Dette var faktisk den metode, der muliggjorde opdagelsen af ​​selvreparation i de blyfri perovskitter.

Perovskit-nanopartiklerne blev fremstillet i Prof. Bekensteins laboratorium ved hjælp af en kort, enkel proces, der involverer opvarmning af materialet til 100°C i et par minutter. Når ph.d. studerende Sasha Khalfin og Noam Veber undersøgte partiklerne ved hjælp af et transmissionselektronmikroskop, de opdagede det spændende fænomen. Den højspændingselektronstråle, der bruges af denne type mikroskop, forårsagede fejl og huller i nanokrystallerne. Forskerne var derefter i stand til at udforske, hvordan disse huller interagerer med materialet, der omgiver dem og bevæger sig og transformerer i det.

De så, at hullerne bevægede sig frit inde i nanokrystallen, men undgik dens kanter. Forskerne udviklede en kode, der analyserede snesevis af videoer lavet ved hjælp af elektronmikroskopet for at forstå bevægelsesdynamikken i krystallen. De fandt ud af, at der blev dannet huller på overfladen af ​​nanopartiklerne og derefter flyttede til energimæssigt stabile områder indeni. Årsagen til hullernes bevægelse indad blev antaget at være organiske molekyler, der dækker nanokrystallernes overflade. Da disse organiske molekyler var blevet fjernet, opdagede gruppen, at krystallen spontant skød hullerne til overfladen og ud, og vendte tilbage til sin oprindelige uberørte struktur – med andre ord reparerede skorpen sig selv.

Denne opdagelse er et vigtigt skridt i retning af at forstå de processer, der gør det muligt for perovskit-nanopartikler at hele sig selv, og baner vejen for deres inkorporering i solpaneler og andre elektroniske enheder. + Udforsk yderligere

Forskere skaber stabile materialer til mere effektive solceller