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科学家开发可用于太阳能电池板和电子设备的自修复纳米材料

2022-01-08 10:17 · 稿源: cnbeta

以色列理工学院的科学家们正在开发可用于太阳能电池板和其他电子设备的自修复纳米材料。从终结者到蜘蛛侠的衣服,科幻电影中自我修复的机器人和设备比比皆是。然而,在现实中,磨损会降低电子设备的有效性,直到它们需要被替换。

自我修复材料的领域正在迅速扩大,过去的科幻小说可能很快就会成为现实,这要归功于以色列理工学院的科学家,他们开发了能够自我修复的生态友好型纳米晶体半导体。他们的研究结果最近发表在《先进功能材料》上。根据研究人员的描述,其中一组被称为双钙钛矿的材料在被电子束辐射损坏后显示出自愈特性。钙钛矿最早在1839年被发现,最近引起了科学家们的注意,因为它们具有独特的电光特性,尽管生产成本不高,但在能量转换方面却非常有效。

来自材料科学与工程学院和以色列理工学院固态研究所的Yehonadav Bekenstein教授的研究小组正在寻找有毒的铅的绿色替代品和工程无铅钙钛矿。该团队专门从事新材料的纳米级晶体的合成工作。通过控制晶体的成分、形状和大小,他们改变了材料的物理特性。

纳米晶体是保持自然稳定的最小的材料颗粒。它们的尺寸使某些特性更加明显,并使在较大的晶体上不可能实现的研究方法成为可能,例如使用电子显微镜成像,看材料中的原子如何移动。事实上,这就是使无铅钙钛矿中的自我修复被发现的方法。

钙钛矿纳米颗粒是在Bekenstein教授的实验室里生产的,使用的是一个简短的、简单的过程,包括将材料加热到100℃几分钟。当博士生Sasha Khalfin和Noam Veber使用透射电子显微镜检查这些颗粒时,他们发现了令人兴奋的现象。这种类型的显微镜所使用的高压电子束在纳米晶体中造成了断层和孔洞。然后,研究人员能够探索这些孔如何与它们周围的材料相互作用并在其中移动和转化。

他们看到,这些孔在纳米晶体内自由移动,但避开了其边缘。研究人员开发了一个代码,分析了使用电子显微镜制作的几十个视频,以了解晶体内的运动动态。他们发现,孔洞在纳米颗粒的表面形成,然后移动到内部能量稳定的区域。孔洞向内移动的原因被推测为是涂在纳米晶体表面的有机分子。一旦这些有机分子被移除,该小组发现晶体会自发地将孔洞喷射到表面并排出,回到其原始的原始结构--换句话说,地壳自我修复。

这一发现是了解使过氧化物纳米粒子能够自我修复的过程的重要一步,并为将其纳入太阳能电池板和其他电子设备铺平了道路。

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