Nye Nanofabrication teknikken åpner døren til fremtidige generasjoner av solceller

Published on November 15, 2010 at 6:15 PM

Forskere ved US Department of Energy i Argonne National Laboratory har begynt å bruke molekylære "stensiler" for å bane vei for nye materialer som potensielt kan finne veien inn i fremtidige generasjoner av solceller, katalysatorer og fotoniske krystaller.

Forskere ved Argonne Senter for nanoskala Materialer og Energy Systems Division har utviklet en teknikk kjent som etterfølgende infiltrasjon syntese (SIS), som bygger på etablering av selv-montert nanoskala kjemiske domener der andre materialer kan dyrkes. I denne teknikken, kalt en film sammensatt av store molekyler blokk-kopolymerer fungerer som en mal for etablering av en svært fleksibel mønstret materiale.

Denne filmen av blokk-kopolymerer viser materialets karakteristiske tendens til å skille inn i forskjellige regioner.

Denne nye metoden representerer en utvidelse av atom lag nedfall (ALD), en populær teknikk for materialer syntese som rutinemessig brukes av Argonne forskere. I stedet for bare layering todimensjonale filmer av ulike nanomaterialer oppå hverandre, men lar SIS forskere å lage materialer som har mye mer komplekse former.

"Denne nye teknikken gir oss mulighet til å lage materiale som bare ikke var mulig med ALD eller blokk-kopolymerer alene," sier Seth Darling, en Argonne nanoscientist som hjalp til å utvikle SIS i samarbeid med Argonne kjemiker Jeff Elam. "Å ha evnen til å kontrollere geometrien i materialet vi gjør, så vel som dens kjemiske sammensetning åpner døren til et helt univers av nye materialer."

Ifølge Darling, avhenger suksessen av teknikken på den unike kjemien i blokk-kopolymerer. Hver blokk kopolymer består av to kjemisk forskjellige subenheter, for eksempel, kan man subenheten ha en affinitet for vann, mens den andre kan frastøte vann. I et slikt tilfelle, vil gjerne oppsøke liker, skaper en heterogen matrise av utblandet homogene regioner.

"Du kan tenke på en blokk kopolymer som liker et par molekylær siamesiske tvillinger der man liker å snakke og liker å lese stille," Darling sa. "Hvis du putter en haug av disse tvillinger sammen i et rom, er pratsom de skal prøve å være i nærheten av snakkesalig seg og leserne skal prøve å være i nærheten av leserne, men de kan ikke bare alle skille seg hver side av rommet, og det er denne handlingen som gir oss geometrier vi leter etter. "

Avhengig av opprinnelige underlaget, blokken kopolymerer, og behandling som materialene forskere bruker, kan regioner skjema som har mange ulike former, fra sfærisk til sylindriske til planar. Mens det er mange typer av blokk-kopolymerer, generelt kan de ikke tjene så bredt spekter av formål som uorganiske materialer. Utfordringen, ifølge Darling, er å bringe selv-montering av blokk-kopolymerer sammen med funksjonaliteten av uorganiske materialer.

De fysiske og kjemiske egenskapene til et materiale generert ved hjelp av SIS avhenge av hvordan blokk kopolymer kjemi og morfologi samhandle med kjemien til ALD teknikker. "Vi kan skreddersy materialer syntese innsats i en mye mer presis måte enn vi noen gang kunne før," Darling sa.

Darling og Elam har tilbrakt mesteparten av karrieren sin på Argonne fokusert på utvikling av nye typer materialer, inkludert utvikling av solceller som kombinerer organiske og uorganiske komponenter. De tror at de typer materialer som SIS kan generere vil drive grunnleggende solenergi teknologier til større effektivitet og lavere kostnader.

"Vår solenergi framtid har ikke et one-size-fits-all løsning," Elam sa. "Vi trenger å undersøke problemet fra mange forskjellige vinkler med mange forskjellige materialer, og SIS vil gi forskerne som oss mange nye ruter for angrep."

Last Update: 9. October 2011 00:05

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit