Javier Vela, forskare vid U.S. Department of Energy's Ames Laboratory, anser förbättringar i datorprocessorer, TV-skärmar och solceller kommer från vetenskapliga framsteg i syntesen av lågdimensionella nanomaterial.

Ames laboratorieforskare är kända för sin expertis inom syntes och tillverkning av material av olika typer, enligt Vela, som också är docent i kemi vid Iowa State University. I många fall, de nya materialen tillverkas i bulkform, vilket betyder mikrometer till centimeter i storlek. Velas grupp arbetar med små, nanometer, eller en miljarddels meter stor, nanokristaller.

"Vi försöker ta reda på vad som händer med material när vi går till lägre partikelstorlekar, kommer materialen att förbättras eller påverkas negativt, eller kommer vi att hitta fastigheter som inte var förväntade, "Vela sa." Vårt mål är att bredda vetenskapen om lågdimensionella nanomaterial. "I ett inbjudet papper publicerat i Materialkemi berättigad, "Syntetisk utveckling av lågdimensionella material", Vela och medförfattare Long Men, Miles White, Himashi Andaraarachchi, och Bryan Rosales diskuterade höjdpunkterna i några av deras senaste arbeten om syntesen av lågdimensionella material.

Ett av dessa ämnen var framsteg i syntesen av germaniumbaserade nanokristaller i kärnskal. Vela säger att industrin är mycket intresserad av halvledande nanokristallbaserad teknik för applikationer som solceller.

Liten partikelstorlek kan påverka många saker från transportegenskaper (hur bra en nanokristall leder värme och elektricitet) till optiska egenskaper (hur stark den interagerar med ljus, absorberar ljus och avger ljus). Detta gäller särskilt i solceller "Låt oss säga att du använder ett halvledarmaterial för att göra en solcellsenhet, det finns ofta olika prestanda när solceller är tillverkade av bulkmaterial i motsats till när de är gjorda med nanomaterial. Nanomaterial interagerar med ljus på olika sätt; de absorberar det bättre. Det är ett sätt du kan manipulera enheter och finjustera deras prestanda eller effektomvandlingseffektivitet, sa Vela.

Utanför solceller, Vela säger att det finns ett enormt intresse för att använda nanokristaller i kvantpunkts -tv och datorskärmar, optiska enheter som lysdioder (ljusemitterande dioder), biologisk avbildning, och telekommunikation.

Han säger att det finns många utmaningar på detta område eftersom beroende på kvaliteten på de nanokristaller som används, du kan se olika utsläppsegenskaper, som kan påverka ljusets renhet. "I slutändan kan storleken på de nanokristaller som används göra stor skillnad i renhet eller skarpa färger i TV- och datorskärmar, "sa Vela." TV och datorteknik är ett företag på flera miljarder dollar världen över, så att du kan se det potentiella värde som vår förståelse av egenskaperna hos nanokristaller kan ge till denna teknik. "

I tidningen, Velas grupp diskuterade också framsteg i studien av syntes och spektroskopisk karakterisering av organolead halogenid perovskiter, som Vela säger är några av de mest lovande halvledarna för solceller på grund av deras låga kostnad och enklare bearbetbarhet. Han tillägger att fotovoltaik av dessa material nu når effektomvandlingseffektivitet på mer än 22 procent. Velas forskning inom detta område har fokuserat på perovskiter med blandad halogen. Han säger att hans grupp har upptäckt att dessa material uppvisar intressanta kemiska och fotofysiska egenskaper som människor inte hade insett tidigare, och nu försöker de bättre förstå sambandet mellan perovskiternas struktur och kemiska sammansättning och hur de beter sig i solceller. "Ett av våra mål är att använda det vi lärt oss för att sänka kostnaden för solceller och producera dem mer pålitligt och lätt, Sa Vela.

Dessutom, Velas grupp studerar hur man ersätter bly i traditionella organoleadhalogenidperovskiter med något mindre giftigt, som germanium. "I princip, detta är ett område som borde vara mycket mer känt, men det är inte, "sa Vela." När vi har kunnat ersätta germanium med bly, vi har kunnat producera en lättare perovskit, som han säger skulle kunna påverka bilindustrin positivt, till exempel.

"Detta kan ha stora konsekvenser för transportapplikationer där du inte vill ha mycket bly eftersom det är så tungt, "sade Vela. Framåt Vela säger att hans grupp kommer att fokusera på att främja vetenskapen i lågdimensionella material.

"Vi arbetar inte med kända material, men det nyaste; den senast upptäckta, "Vela sa." Och varje gång vi kan främja vetenskapen är vi ett steg närmare möjligheter till mer kommersialisering, mer produktion, mer tillverkning och fler jobb i USA "