Javier Vela, scienziato presso il Laboratorio Ames del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, crede miglioramenti nei processori dei computer, I display TV e le celle solari proverranno dai progressi scientifici nella sintesi di nanomateriali a bassa dimensionalità.

Gli scienziati del Laboratorio Ames sono noti per la loro esperienza nella sintesi e produzione di materiali di diverso tipo, secondo Vela, che è anche professore associato di chimica alla Iowa State University. In molti casi, quei nuovi materiali sono realizzati in forma sfusa, il che significa da micrometri a centimetri. Il gruppo di Vela sta lavorando con tiny, nanometro, o un miliardesimo di metro, nanocristalli.

"Stiamo cercando di scoprire cosa succede con i materiali quando andiamo a dimensioni delle particelle inferiori, i materiali saranno migliorati o influenzati negativamente, o troveremo proprietà che non erano previste, " Vela ha detto. "Il nostro obiettivo è ampliare la scienza dei nanomateriali a bassa dimensionalità". Chimica dei materiali intitolato, "Sviluppo sintetico di materiali a bassa dimensione", Vela e coautori Long Men, Miglia Bianco, Himashi Andaraarachchi, e Bryan Rosales hanno discusso i punti salienti di alcuni dei loro lavori più recenti sulla sintesi di materiali a bassa dimensione.

Uno di questi argomenti erano i progressi nella sintesi di nanocristalli core-shell a base di germanio. Vela afferma che l'industria è molto interessata alle tecnologie semiconduttive basate sui nanocristalli per applicazioni come le celle solari.

Le piccole dimensioni delle particelle possono influenzare molte cose dalle proprietà di trasporto (quanto bene un nanocristallo conduce calore ed elettricità) alle proprietà ottiche (quanto è forte interagisce con la luce, assorbe la luce ed emette luce). Ciò è particolarmente vero nelle celle solari fotovoltaiche "Supponiamo che tu stia utilizzando un materiale semiconduttore per realizzare un dispositivo solare, ci sono spesso prestazioni diverse quando le celle solari sono realizzate con materiali sfusi rispetto a quando sono realizzate con nanomateriali. I nanomateriali interagiscono con la luce in modo diverso; lo assorbono meglio. Questo è un modo per manipolare i dispositivi e ottimizzare le loro prestazioni o l'efficienza di conversione di potenza, " disse Vela.

Oltre le celle solari, Vela dice che c'è un enorme interesse nell'usare i nanocristalli nella televisione a punti quantici e nei display dei computer, dispositivi ottici come LED (diodi emettitori di luce), imaging biologico, e telecomunicazioni.

Dice che ci sono molte sfide in questo settore perché, a seconda della qualità dei nanocristalli utilizzati, puoi vedere diverse proprietà di emissione, che possono influenzare la purezza della luce. "In definitiva, le dimensioni dei nanocristalli utilizzati possono fare un'enorme differenza nella pulizia o nella nitidezza dei colori nei display di TV e computer, " ha detto Vela. "La televisione e la tecnologia informatica sono un business multimiliardario in tutto il mondo, quindi puoi vedere il potenziale valore che la nostra comprensione delle proprietà dei nanocristalli potrebbe apportare a queste tecnologie".

Nella carta, Il gruppo di Vela ha anche discusso i progressi compiuti nello studio della sintesi e della caratterizzazione spettroscopica delle perovskiti organoalogenuriche, che Vela dice sono alcuni dei semiconduttori più promettenti per le celle solari a causa del loro basso costo e più facile lavorabilità. Aggiunge che il fotovoltaico realizzato con questi materiali ora raggiunge efficienze di conversione di potenza superiori al 22 percento. La ricerca di Vela in questo settore si è concentrata sulle perovskiti ad alogenuri misti. Dice che il suo gruppo ha scoperto che questi materiali mostrano interessanti proprietà chimiche e fotofisiche che le persone non si erano rese conto prima, e ora stanno cercando di capire meglio la correlazione tra la struttura e la composizione chimica delle perovskiti e come si comportano nelle celle solari. "Uno dei nostri obiettivi è utilizzare ciò che abbiamo imparato per ridurre il costo delle celle solari e produrle in modo più affidabile e rapido, " ha detto Vela.

Inoltre, Il gruppo di Vela sta studiando come sostituire il piombo nelle tradizionali perovskiti organoalogenuriche con qualcosa di meno tossico, come il germanio. "In linea di principio, questa è una zona che dovrebbe essere molto più conosciuta, ma non lo è, " disse Vela. "Quando siamo stati in grado di sostituire il germanio con il piombo, siamo stati in grado di produrre una perovskite più leggera, che secondo lui potrebbe avere un impatto positivo sull'industria automobilistica, Per esempio.

"Questo potrebbe avere grandi implicazioni per le applicazioni di trasporto in cui non si desidera molto piombo perché è così pesante, " ha detto Vela. Andando avanti Vela afferma che l'obiettivo del suo gruppo sarà quello di far progredire la scienza nei materiali a bassa dimensione.

"Non stiamo lavorando con materiali noti, ma il più recente; l'ultima scoperta, " ha detto Vela. "E ogni volta che possiamo far progredire la scienza siamo un passo più vicini alle opportunità per una maggiore commercializzazione, più produzione, più produzione e più posti di lavoro negli Stati Uniti."