Ett organiskt-oorganiskt hybridmaterial kan vara framtiden för effektivare tekniker som kan generera elektricitet från antingen ljus eller värme eller enheter som avger ljus från elektricitet.

FAMU-FSU College of Engineering biträdande professor Shangchao Lin har publicerat en ny artikel i tidskriften ACS Nano som förutspår hur ett organiskt-oorganiskt hybridmaterial som kallas organometallhalogenidperovskiter kan vara mer mekaniskt flexibelt än befintligt kisel och andra oorganiska material som används för solceller, termoelektriska anordningar och lysdioder.

I en separat studie, Lin fann att de också kan vara mer energieffektiva.

"Vi tar upp det här ur ett teoretiskt perspektiv, ", sa Lin. "Ingen har riktigt tittat på de mekaniska och termiska egenskaperna hos detta nya material och hur det kan användas."

Genom matematiska simuleringar, Lin fann att organisk-oorganiska hybridperovskiter borde vara extremt formbara och flexibla. Även om många forskare har tittat på perovskiter för energiteknik, de trodde inte att de var livskraftiga för vissa enheter på grund av deras kristallstruktur. Forskare trodde att de skulle splittras om de användes för något som en solpanel.

Dock, Lin fann att hybridperovskiter förutspås spricka långsamt genom en kristallin-till-amorf övergång, vilket skulle göra dem mycket skadetoleranta.

Innan mekaniska fel, de kan absorbera dubbelt så mycket elastisk energi från extern belastning än för närvarande använda material i elektroniska enheter, såsom kisel och galliumarsenid.

I en tidigare artikel publicerad i tidskriften Avancerade funktionella material , Lin och hans team förutspådde att hybridperovskiter har mycket låg värmeledningsförmåga på grund av den organiska komponenten. Detta kan göra dem till idealiska material för högeffektiv termoelektrisk energiomvandling.

Specifikt, hans arbete antydde att hybridperovskiter är dubbelt så effektiva som det nuvarande moderna termoelektriska materialet, vismuttellurid, som är mycket dyrt och består av sällsynta jordartsmetaller.

"Den fantastiska energiomvandlingseffektiviteten som finns i hybridperovskiter har satt den vid gränsen för materialupptäckt, " sa Lin. "Ännu mer spännande, hybrid perovskiter-baserade solceller är fyra gånger så effektiva, när det gäller kvantutbyte, än polymerbaserade. De är också lika effektiva som nuvarande, vanliga kiselbaserade solceller men är mycket mer flexibla och billigare att tillverka från en lösningsfas till en procedur som mycket liknar bläckstråleutskrift."

Lin hoppas kunna följa dessa två studier genom att samarbeta med experimentella kemister, materialvetare och enhetsingenjörer som kunde sätta sin teoretiska ram på prov.

"Computational materials-by-design kommer att vara ett kraftfullt förutsägande verktyg för forskare vid FSU och vid andra universitet och industrin att använda när de går framåt inom detta område, " han sa.