• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  • Neutronundersökning av självmonterande solskörningsfilmer avslöjar ett nytt billigt verktyg för 3D-kretsutskrift

    Solpaneler i Alperna. Kredit:bapaume83-Fotolia.com

    Forskare från Imperial College London, arbetar på Institut Laue-Langevin, har presenterat ett nytt sätt att placera nanopartiklar i plast, med viktiga tillämpningar i produktionen av beläggningar och solcellsmaterial som hämtar energi från solen. Studien, presenteras i Avancerade material (omslagsartikel), använde neutroner för att förstå den roll som ljus - även omgivande ljus - spelar för att stabilisera dessa notoriskt instabila tunna filmer. Som ett bevis på konceptet har teamet visat hur kombinationen av värme och låg intensitet synligt och UV-ljus i framtiden skulle kunna användas som en exakt, lågkostnadsverktyg för 3D-utskrift av självmonterande, tunnfilmskretsar på dessa filmer.

    Tunna filmer uppbyggda av långa organiska molekylkedjor som kallas polymerer och fullerener (stora fotbollsformade molekyler som helt består av kol) används främst i polymersolceller där de avger elektroner när de utsätts för synliga eller ultravioletta solstrålar. Dessa så kallade fotovoltaiska material kan generera elektrisk kraft genom att omvandla solstrålning till elektrisk likström.

    Polymersolceller är av stort intresse för lågeffektelektronik, såsom autonoma trådlösa sensornätverk som används för att övervaka allt från havstemperatur till stress inuti en bilmotor. Dessa fulleren-polymerblandningar är särskilt tilltalande eftersom de är lätta, billigt att göra, flexibel, anpassningsbar på molekylär nivå, och relativt miljövänlig.

    Men nuvarande polymersolceller erbjuder bara ungefär en tredjedel av effektiviteten hos andra energiskördande material, och är väldigt instabila.

    För att förbättra vetenskapens förståelse av dynamiken i dessa system och därför deras operativa prestanda, laget genomförde neutronreflektometriexperiment vid ILL, världens flaggskeppscenter för neutronvetenskap, på en enkel modellfilm som består av rena fullerener med en flexibel polymer. Neutronreflektometri är en icke-destruktiv teknik som låter dig "raka" lager av dessa tunna filmer för att titta på vad som händer med fullerener och polymerer separat, i atomär skala upplösning, hela deras djup.

    Medan tidigare teorier antydde att tunnfilmsstabilisering var kopplad till bildandet av ett utdrivet fullerennanopartikelskikt vid substratgränsytan, neutronreflektometriexperiment visade att kol-"fotbollarna" förblir jämnt fördelade över hela lagret. Istället, teamet avslöjade att stabiliseringen av filmerna orsakades av en form av fototvärbindning av fullerenerna. Processen ger filmer större strukturell integritet, vilket innebär att ultratunna filmer, (ned till 10 000 gånger mindre än ett människohår) blir lätt stabila med spårmängder av fulleren.

    Implikationerna av detta fynd är betydande, särskilt i potentialen att skapa mycket tunnare plastanordningar som förblir stabila, med ökad effektivitet och livslängd (medan den mindre mängden material som krävs minimerar deras miljöpåverkan).

    Ljuskänsligheten föreslår också ett unikt och enkelt verktyg för att förmedla mönster och design till dessa notoriskt instabila filmer. För att bevisa konceptet använde teamet en fotomask för att rumsligt kontrollera fördelningen av ljus och tillförd värme. Kombinationen får fullerenerna att självbilda sig till väldefinierade sammankopplade och frånkopplade mönster, på begäran, helt enkelt genom att värma filmen tills den börjar mjukna. Detta resulterar i spontan topografi och kan ligga till grund för ett billigt verktyg för 3D-utskrift av tunnfilmskretsar. Andra potentiella tillämpningar kan inkludera mönstring av sensorer eller biomedicinska ställningar.

    I framtiden, teamet försöker tillämpa sina resultat på konjugerade polymerer och fullerenderivat, vanligare i kommersiella filmer, och industriella tunnfilmsbeläggningar.


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com