Kredit:CC0 Public Domain
Från Terminator till Spidermans kostym, självreparerande robotar och enheter finns i överflöd i sci-fi-filmer. Men i verkligheten minskar slitage effektiviteten hos elektroniska enheter tills de behöver bytas ut. Vad är det för att din mobiltelefons spruckna skärm läker sig själv över en natt, eller att solpanelerna ger energi till satelliter som ständigt reparerar skadorna som orsakats av mikrometeoriter?
Området för självreparerande material expanderar snabbt, och det som brukade vara science fiction kan snart bli verklighet, tack vare Technion—Israel Institute of Technology-forskare som utvecklade miljövänliga nanokristallhalvledare som kan självläka. Deras resultat, nyligen publicerade i Advanced Functional Materials , beskriv processen, där en grupp av material som kallas dubbla perovskiter uppvisar självläkande egenskaper efter att ha skadats av strålningen från en elektronstråle. Perovskiterna, som först upptäcktes 1839, har nyligen fått forskarnas uppmärksamhet på grund av unika elektrooptiska egenskaper som gör dem mycket effektiva vid energiomvandling, trots billig produktion. En särskild ansträngning har lagts ner på användningen av blybaserade perovskiter i högeffektiva solceller.
Forskargruppen Technion av professor Yehonadav Bekenstein från fakulteten för materialvetenskap och teknik och Solid-State Institute vid Technion söker efter gröna alternativ till det giftiga blyet och konstruerar blyfria perovskiter. Teamet är specialiserat på syntes av kristaller i nanoskala av nya material. Genom att kontrollera kristallernas sammansättning, form och storlek ändrar de materialets fysiska egenskaper.
Nanokristaller är de minsta materialpartiklarna som förblir naturligt stabila. Deras storlek gör vissa egenskaper mer uttalade och möjliggör forskningsmetoder som skulle vara omöjliga på större kristaller, som avbildning med elektronmikroskopi för att se hur atomer i materialen rör sig. Detta var faktiskt metoden som möjliggjorde upptäckten av självreparation i de blyfria perovskiterna.
Perovskitnanopartiklarna producerades i Prof. Bekensteins labb med en kort, enkel process som innebär att materialet värms upp till 100°C under några minuter. När Ph.D. studenterna Sasha Khalfin och Noam Veber undersökte partiklarna med hjälp av ett transmissionselektronmikroskop, de upptäckte det spännande fenomenet. Den högspänningselektronstråle som används av denna typ av mikroskop orsakade fel och hål i nanokristallerna. Forskarna kunde sedan utforska hur dessa hål interagerar med materialet som omger dem och rör sig och transformerar inom det.
De såg att hålen rörde sig fritt inom nanokristallen, men undvek dess kanter. Forskarna utvecklade en kod som analyserade dussintals videor gjorda med elektronmikroskopet för att förstå rörelsedynamiken i kristallen. De fann att hål bildades på ytan av nanopartiklarna och sedan flyttade till energimässigt stabila områden inuti. Anledningen till att hålen rörde sig inåt antogs vara organiska molekyler som täcker nanokristallernas yta. När dessa organiska molekyler väl hade tagits bort upptäckte gruppen att kristallen spontant kastade ut hålen till ytan och ut och återvände till sin ursprungliga orörda struktur – med andra ord reparerade skorpan sig själv.
Denna upptäckt är ett viktigt steg mot att förstå de processer som gör det möjligt för perovskitnanopartiklar att läka sig själva, och banar vägen för deras inkorporering i solpaneler och andra elektroniska enheter. + Utforska vidare
