Тіл Скотт: Як схуднути (лютий 2021).
Дослідники з Міністерства енергетики США Еймса розробили наночастинки германію з поліпшеною фотолюмінесценцією, роблячи їх потенційно кращими матеріалами для сонячних елементів та зондових зображень. Дослідницька група виявила, що додаючи олово до ядра наночастинок германію, його решітчаста структура краще відповідає структурі решітки покриття сульфіду кадмію, що дозволяє частинкам поглинати більше світла.
"Що стосується фотоелектричного матеріалу, поглинання світла - це, мабуть, перша частина, а перетворення сонячної енергії в електрику - друга частина", - сказала Емілі Сміт, керівник лабораторії Еймса. "Отже, вам потрібен матеріал, який робить це ефективно". Германій має деякі бажані властивості для фотоелектричних матеріалів, але, на жаль, погано поглинає світло. "
Частина проблеми полягає в тому, що зовнішня поверхня наночастинок германію змінюється з часом, головним чином від окислення. Попередня робота вчених лабораторії Ames Хав'єра Вели виявила, що покриття наночастинок, які зазвичай називають пасивацією поверхні, покращує здатність наночастинок поглинати світло.
"Насправді ми не приймаємо поглинання, - пояснив Сміт, - ми вимірюємо люмінесценцію - кількість світла, що проходить після поглинання фотонів".
"Той факт, що німецька мова погано поглинає світло, - це простий спосіб сказати, що це непрямий матеріал", - додає Сміт, - "і ми намагаємося створити прямий матеріал, який краще поглинає світло".
Згідно з дослідницькою літературою, додавання олова покращує абсорбційні властивості германію. Однак дослідники лабораторії Ames виявили, що навіть при додаванні олова наночастинки все одно вимагали поверхневої обробки. Однак вони виявили, що взаємозв'язок між атомною структурою поверхневого покриття та матеріалом серцевини може ще більше збільшити поглинання світла.
Конкретний метод, що використовується, називається послідовною адсорбцією та реакцією іонного шару, або "SILAR", який вперше був адаптований до колоїдів IV групи кілька років тому.
"Ми розробляємо досвід, необхідний для отримання складного ядра/оболонки та інших чітко визначених наночастинок на довгі роки", - сказав Вела. "Завдяки нашій співпраці з Емілі Сміт, ми сподіваємось і надалі матиме змогу маніпулювати та направляти енергетичні потоки в нанометрі".
За допомогою досліджень електронної мікроскопії та рентгенівської дифракції порошків для вивчення структурних характеристик наночастинок і КРС та спектроскопії фотолюмінесценції для кількісної оцінки деформації решітки та поведінки фотолюмінесценції група виявила кореляцію між кількістю олова в ядрі та решіткою, що відповідає гратчаста решітка до зовнішньої решітки.
"Атоми знаходяться в дуже конкретному місці всередині нанокристалічного ядра, і коли ви наносите оболонку навколо нанокристалу, атоми оболонки не точно збігаються з атомами ядра", - сказав Сміт. "Оскільки єдиний в Німеччині матеріал, який використовувався раніше, серцевина і оболонка не відповідали ідеально".
"Коли ми вивчали частинки германію та олова, ми припустили, що вони працюють краще, оскільки інтервал між атомами краще відповідає інтервалу між атомами, які ми використовували в шарі оболонки", - сказала вона. "Таким чином, ви отримуєте більш досконалу оболонку, яка менш імовірно спричинить хімічні зміни на поверхні ядра наночастинок".
Ще однією можливістю використання цього матеріалу, крім фотоелектрики, є те, що під час мікроскопії чи візуалізації дослідникам часто потрібно «позначити» білок чи іншу властивість наночастинковим «зондом», щоб засвітити його, полегшуючи його бачення та вивчення.
Результати дослідження "Нанокристалічне ядро / серцевина сульфіду кадмію/нанокристали оболонки з поліпшеною ближньо-інфрачервоною фотолюмінесценцією" були опубліковані в журналі Chemistry of Materials при Американському хімічному товаристві.