La ricerca sulla sintesi di nuovi materiali potrebbe portare a articoli più sostenibili e rispettosi dell'ambiente come i pannelli solari e i diodi a emissione di luce (LED). Gli scienziati dell'Ames National Laboratory e della Iowa State University hanno sviluppato un metodo di sintesi colloidale per i calcogenuri alcalino terrosi. Questo metodo consente loro di controllare la dimensione dei nanocristalli nel materiale. Sono stati anche in grado di studiare la chimica della superficie dei nanocristalli e di valutare la purezza e le proprietà ottiche dei materiali coinvolti. La loro ricerca è discussa nel documento "Alkaline-Earth Chalcogenide Nanocrystals:Solution-Phase Synthesis, Surface Chemistry, and Stability", pubblicato su ACS Nano .

I calcogenuri alcalino terrosi sono un tipo di semiconduttore di crescente interesse tra gli scienziati. Hanno una varietà di possibili applicazioni come bioimaging, LED e sensori termici. Questi composti possono anche essere usati per produrre materiali ottici come le perovskiti, che convertono la luce in energia.

Secondo Javier Vela, scienziato dell'Ames Lab e professore di chimica John D. Corbett presso la Iowa State University, uno dei motivi per cui questi nuovi materiali sono interessanti è perché "sono costituiti da elementi abbondanti di terra e biocompatibili, che li rendono alternative favorevoli rispetto ai semiconduttori tossici o costosi più diffusi."

Vela ha spiegato che i semiconduttori più utilizzati contengono piombo o cadmio, entrambi elementi dannosi per la salute umana e l'ambiente. Inoltre, la tecnica più popolare utilizzata dagli scienziati per sintetizzare questi materiali prevede reazioni allo stato solido. "Queste reazioni si verificano spesso a temperature estremamente elevate (sopra i 900 °C o 1652 °F) e richiedono tempi di reazione che possono durare da giorni a settimane", ha affermato.

D'altra parte, Vela ha spiegato che "la chimica in fase di soluzione (colloidale) può essere eseguita utilizzando temperature molto più basse (inferiori a 300 ° C o 572 ° F) e tempi di reazione più brevi". Quindi, il metodo colloidale utilizzato dal team di Vela richiede meno energia e tempo per sintetizzare i materiali.

Il team di Vela ha scoperto che il metodo di sintesi colloidale ha permesso loro di controllare le dimensioni dei nanocristalli. La dimensione dei nanocristalli è importante perché determina le proprietà ottiche di alcuni materiali. Vela ha spiegato che modificando le dimensioni delle particelle, gli scienziati possono influenzare il modo in cui i materiali assorbono la luce. "Ciò significa che possiamo potenzialmente sintetizzare materiali più adatti per applicazioni specifiche semplicemente modificando le dimensioni dei nanocristalli", ha affermato.

Secondo Vela, l'obiettivo originale del team era quello di sintetizzare perovskiti di calcogenuri semiconduttori alcalino-terrosi, a causa del loro potenziale utilizzo nei dispositivi solari. Tuttavia, per raggiungere questo obiettivo, avevano bisogno di una comprensione più profonda della chimica fondamentale dei calcogenuri alcalino-terrosi. Hanno invece scelto di concentrarsi su questi materiali binari.

Vela ha affermato che la loro ricerca soddisfa il bisogno di migliorare la comprensione degli scienziati dei materiali fotovoltaici, luminescenti e termoelettrici che sono fatti di elementi abbondanti e non tossici. Ha affermato:"Ci auguriamo che i nostri sviluppi con questo progetto alla fine aiutino nella sintesi di nanomateriali più complessi, come le perovskiti di calcogenuri alcalino-terrosi".

Gli autori dello studio includevano Alison N. Roth, Yunhua Chen, Marquix AS Adamson, Eunbyeol Gi, Molly Wagner, Aaron J. Rossini e Javier Vela. + Esplora ulteriormente

I chimici utilizzano elementi abbondanti, a basso costo e non tossici per sintetizzare i semiconduttori