微米和纳米科技材料

美国媒体:自愈纳米材料的出现可能会提高太阳能电池的效率

据美国《科学日报》网站1月3日报道,磨损会降低电子设备的效率,假使手机的破碎屏幕在一夜间恢复如初,或者向卫星提供能量的太阳能电池板不断修复由微型陨石造成的损害,情况会怎样呢?

报道称,自我修复材料的领域正在迅速扩展,而由于以色列工学院的科学家们开发出了能够自我修复的生态友好型纳米晶体半导体,过去科幻小说中才有的东西可能很快就会变成现实。他们的研究成果——最近发表在美国《先进功能材料》杂志上——描述了有关过程。

在这一过程中,一组名为双钙钛矿的材料在受到电子束辐射的损害后,表现出自我修复的特性。钙钛矿最早发现于1839年,由于具有独特的电子光学特性,它们最近吸引了科学家的注意。这些电子光学特性使它们在能量转换方面效率极高——而它们的生产成本低廉。人们已经投入专门努力,以在高效太阳能电池中使用铅基钙钛矿。

由耶霍纳达夫·贝肯施泰因教授率领的以色列工学院研究团队正在寻找有毒铅的绿色替代品。该团队打算研发无铅钙钛矿,并专门研究如何合成纳米级的新材料晶体。通过控制晶体的成分、形状和大小,他们将改变材料的物理性质。

报道称,纳米晶体是天然稳定的最小材料粒子。它们的大小使得某些特性变得更加明显,而且在较大晶体上不可能运用的研究方法能够施行,例如利用电子显微镜成像来观察材料中的原子如何移动。事实上,这就是使人们得以在无铅钙钛矿中发现自我修复现象的方法。

这些钙钛矿纳米粒子是在贝肯施泰因教授的实验室中利用一个简短过程制造出来的,该过程需要将材料加热到100摄氏度,并保持几分钟。当两个博士生用透射式电子显微镜研究这些粒子时,他们发现了令人兴奋的现象。这种显微镜使用的高压电子束给纳米晶体造成了断裂和孔洞。随后,研究人员便能够探索这些孔洞如何与周围的材料相互作用并在其中移动和变形。

报道还指出,他们看到这些孔洞在纳米晶体内自由移动,但避开了它的边缘。研究人员开发出一种代码,分析了利用电子显微镜制作的数十个视频,以了解晶体内部发生活动的情况。他们发现,纳米粒子表面形成了一些孔洞,然后这些孔洞转移到了纳米粒子内部能量稳定的区域。研究人员推测,这些孔洞向内移动是因为纳米晶体表面覆盖着有机分子。该研究团队发现,一旦有机分子被移除,晶体会自发地将孔洞推移至表面,然后挤出去,从而回归到其初始结构——换句话说,晶体得以自我修复。

报道称,这一发现是了解钙钛矿纳米粒子自我修复过程的重要一步,并将为在太阳能电池板和其他电子设备中采用这些纳米粒子铺平道路。

来源:参考消息网

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