低维纳米材料的开发可以彻底改变未来的技术

美国能源部艾姆斯实验室的科学家哈维尔·维拉认为，计算机处理器，电视显示器和太阳能电池的改进将来自低维纳米材料合成的科学进步。

Ames实验室的科学家以其在不同类型材料的合成和制造方面的专业知识而闻名，Vela也是爱荷华州立大学化学副教授。在许多情况下，这些新材料是散装形式的，这意味着尺寸为微米到厘米。Vela的团队正在研究微米级，纳米级或十亿分之一米的纳米晶体。

“当我们采用较低的颗粒尺寸时，我们会试图找出材料会发生什么，材料是否会受到增强或受到负面影响，或者我们会发现不可预期的特性，”Vela说。“我们的目标是拓宽低维纳米材料的科学。” 在一篇名为“低维材料的合成开发” 的材料化学发表的邀请论文中，Vela和合作者Long Men，Miles White，Himashi Andaraarachchi和Bryan Rosales讨论了他们最近关于低维合成的一些工作的重点材料。

其中一个主题是锗基核壳纳米晶体合成的进展。Vela表示，业界对基于半导体纳米晶体的技术非常感兴趣，如太阳能电池等应用。

小粒径可以影响许多因素，从传输特性(纳米晶体传导热量和电流的程度)到光学特性(它与光相互作用的强度，吸收光线和发光)。在光伏太阳能电池中尤其如此“假设您使用半导体材料制造太阳能装置，当太阳能电池由大块材料制成而不是由纳米材料制成时，通常会有不同的性能。纳米材料与光相互作用不同的是，它们更好地吸收它。这是一种可以操纵设备并微调其性能或功率转换效率的方法，“Vela说。

除了太阳能电池，Vela表示，在量子点电视和计算机显示器，LED(发光二极管)，生物成像和电信等光学设备中使用纳米晶体具有极大的兴趣。

他说，在这个领域存在许多挑战，因为根据所用纳米晶体的质量，您可以看到不同的发射特性，这会影响光的纯度。“最终，所使用的纳米晶体的尺寸可以使电视和电脑显示器的色彩清洁度或清晰度产生巨大差异，”Vela说。“电视和计算机技术在全球范围内是一项数十亿美元的业务，因此您可以看到我们对纳米晶体特性的理解可能为这些技术带来的潜在价值。”

在论文中，Vela的小组还讨论了有机卤化物钙钛矿的合成和光谱表征研究的进展，Vela说，由于其低成本和易加工性，它们是太阳能电池最有前途的半导体。他补充说，由这些材料制成的光伏发电现在可以达到超过22%的功率转换效率。Vela在该领域的研究主要集中在混合卤化物钙钛矿上。他说，他的研究小组发现这些材料具有人们之前从未意识到的有趣的化学和光学物理性质，现在他们正试图更好地理解钙钛矿的结构和化学成分之间的关​​系以及它们在太阳能电池中的表现。“我们的目标之一是使用我们的'

此外，Vela的研究小组正在研究如何用锗等含毒量较低的传统有机卤化物钙钛矿代替铅。“原则上，这是一个应该更为人所知的领域，但事实并非如此，”维拉说。“当我们能够用锗替代铅时，我们已经能够生产出更轻的钙钛矿，他说这可以对汽车行业产生积极的影响。

“这可能对运输应用产生重大影响，因为它非常重，因此它不需要大量的铅，”Vela说。展望未来Vela表示，他的团队将致力于推动低维材料的科学发展。

“我们不是使用知名材料，而是最新的;最近发现的，”Vela说。“每次我们能够推进科学研究，我们都会更接近于在美国实现更多商业化，更多生产，更多制造业和更多就业机会的机会”