اندازه نانوبلور‌ها برای کنترل خواص مواد، با دقت کنترل شد

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، تحقیق در مورد سنتز مواد جدید می‌تواند به موارد پایدارتر و سازگار با محیط زیست مانند پانل‌های خورشیدی و دیود‌های ساطع‌کننده نور (LED) منجر شود. دانشمندان آزمایشگاه ملی ایمز و دانشگاه ایالتی آیووا یک روش سنتز کلوئیدی برای کلکوژنید‌های خاک قلیایی ایجاد کردند. این روش به آن‌ها اجازه می‌دهد تا اندازه نانوبلور‌های موجود در محصول را کنترل کنند. آن‌ها همچنین توانستند شیمی سطح نانوبلور‌ها را مطالعه کنند و خواص نوری مواد درگیر را ارزیابی کنند.

کالکوژنید‌های قلیایی خاکی نوعی مواد نیمه‌رسانا هستند که مورد توجه دانشمندان قرار گرفته است. آن‌ها کاربرد‌های متنوعی مانند تصویربرداری زیستی، LED و حسگر‌های حرارتی دارند. از این ترکیبات ممکن است برای ساختن مواد نوری مانند پروسکایت که نور را به انرژی تبدیل می‌کند نیز استفاده شود.

به گفته خاویر ولا، دانشمند آزمایشگاه ایمز و پروفسور جان دی. کوربت در شیمی دانشگاه ایالتی آیووا، یکی از دلایلی که این مواد جدید مورد توجه قرار می‌گیرند این است که «آن‌ها از عناصر فراوان و زیست سازگار تشکیل شده‌اند که این مواد را جایگزین‌های مطلوبی برای نیمه‌هادی‌های سمی یا گران قیمت می‌کند.»

ولا توضیح داد که نیمه هادی‌های پرکاربرد حاوی سرب یا کادمیوم هستند که هر دو عناصری هستند که برای سلامت انسان و محیط زیست مضر هستند. علاوه بر این، محبوب‌ترین روشی که دانشمندان برای سنتز این مواد استفاده می‌کنند، واکنش‌های حالت جامد است. او می‌گوید: «این واکنش‌ها اغلب در دما‌های بسیار بالا (بالاتر از ۹۰۰ درجه سانتی‌گراد یا ۱۶۵۲ درجه فارنهایت) رخ می‌دهند و به زمان‌های واکنشی طولانی نیاز دارند که می‌تواند از روز‌ها تا هفته‌ها ادامه داشته باشد.»

شیمی فاز محلول (کلوئیدی) را می‌توان با استفاده از دما‌های بسیار پایین‌تر (زیر ۳۰۰ درجه سانتی‌گراد یا ۵۷۲ درجه فارنهایت) و زمان واکنش‌های کوتاه‌تر انجام داد. بنابراین، روش کلوئیدی که تیم ولا استفاده کرد به انرژی و زمان کمتری برای سنتز مواد نیاز دارد.

تیم ولا دریافتند که روش سنتز کلوئیدی به آن‌ها امکان کنترل اندازه نانوبلور‌ها را می‌دهد. اندازه نانوبلور مهم است، زیرا خواص نوری برخی از مواد را تعیین می‌کند. ولا توضیح داد که با تغییر اندازه ذرات، دانشمندان می‌توانند بر میزان جذب نور توسط مواد تأثیر بگذارند.

وی می‌افزاید: «این بدان معناست که ما می‌توانیم به‌طور بالقوه موادی را که برای کاربرد‌های خاص مناسب‌تر هستند، فقط با تغییر اندازه نانوبلور سنتز کنیم.»

به گفته ولا، هدف اولیه این تیم سنتز پروسکیت‌های کالکوژنید خاک قلیایی نیمه رسانا به دلیل استفاده بالقوه آن‌ها در دستگاه‌های خورشیدی بود. با این حال، برای دستیابی به این هدف، آن‌ها نیاز به درک عمیق تری از شیمی بنیادی کالکوژنید‌های قلیایی خاکی داشتند. بنابراین، آن‌ها تصمیم گرفتند به جای آن بر روی این مواد باینری تمرکز کنند.

ولا گفت که تحقیقات آن‌ها نیاز به بهبود درک دانشمندان از مواد فتوولتائیک، فلورسنت و ترموالکتریک که از عناصر فراوان و غیر سمی در زمین ساخته شده‌اند، را برطرف می‌کند. او گفت: «ما امیدواریم که پیشرفت‌های ما در این پروژه در نهایت به سنتز نانومواد پیچیده‌تر مانند پروسکایت‌های کالکوژنید خاک قلیایی کمک کند.»