(Phys.org) — Genom att titta på ett stycke material i tvärsnitt, Washington University i St. Louis ingenjör Parag Banerjee, PhD, och hans team upptäckte hur koppar spirar gräsliknande nanotrådar som en dag skulle kunna göras till solceller.

Banerjee, biträdande professor i materialvetenskap och expert på att arbeta med nanomaterial, Fei Wu, forskarassistent, och Yoon Myung, PhD, en postdoktoral forskarassistent, tog också ett steg mot att göra solceller och mer kostnadseffektiva.

Banerjee och hans team arbetade med kopparfolie, ett enkelt material som liknar hushållsaluminiumfolie. När de flesta metaller värms upp, de bildar en tjock metalloxidfilm. Dock, några metaller, som koppar, järn och zink, odla gräsliknande strukturer som kallas nanotrådar, som är långa, cylindriska strukturer några hundra nanometer breda och många mikron höga. De satte sig för att bestämma hur nanotrådarna växer.

"Andra forskare tittar på dessa trådar uppifrån och ner, " säger Banerjee. "Vi ville göra något annorlunda, så vi bröt vårt prov och tittade på det från sidan för att se om vi fick annan information, och det gjorde vi."

Resultaten av forskningen publicerades nyligen i CrystEngComm . Washington Universitys International Center for Advanced Renewable Energy &Sustainability (I-CARES) och McDonnell Academy Global Energy and Environment Partnership (MAGEEP) gav finansiering till forskningen.

Teamet använde Raman-spektroskopi, en teknik som använder ljus från en laserstråle för att interagera med molekylära vibrationer eller andra rörelser. De hittade en underliggande tjock film bestående av två olika kopparoxider (CuO och Cu2O) som hade smala, vertikala kolumner av korn som löper genom dem. Mellan dessa kolumner, de hittade korngränser som fungerade som artärer genom vilka koppar från det underliggande lagret trycktes igenom när värme applicerades, skapa nanotrådarna.

"Vi leker nu med den här joniska transportmekanismen, slå på och av den och se om vi kan få några olika former av ledningar, " säger Banerjee, som driver Laboratory for Emerging and Applied Nanomaterials (L.E.A.N.).

Som solceller, nanotrådarna är enkristallstruktur, eller ett kontinuerligt stycke material utan korngränser, säger Banerjee.

"Om vi ​​kunde ta dessa och studera några av de grundläggande optiska och elektroniska egenskaperna, vi skulle kunna göra solceller, " säger han. "När det gäller optiska egenskaper, kopparoxider är väl positionerade för att bli ett material för solenergiskörd."

Fyndet kan också gynna andra ingenjörer som vill använda enkristalloxider i vetenskaplig forskning. Att tillverka enkristall Cu2O för forskning är mycket dyrt, Banerjee säger, kostar upp till cirka $1, 500 för en kristall.

"Men om du kan leva med den här formen så är det en lång tråd istället för en liten kristall, du kan verkligen använda den för att studera grundläggande vetenskapliga fenomen, " säger Banerjee.

Banerjees team letar också efter andra användningsområden för nanotrådarna, inklusive att fungera som en halvledare mellan två material, som fotokatalysator, en solcell eller en elektrod för att klyva vatten.