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Técnica Nanofabricação novo abre as portas para as futuras gerações de células solares

Published on November 15, 2010 at 6:15 PM

Cientistas do Departamento dos EUA de Energia do Argonne National Laboratory começaram a usar molecular "stencils" para abrir caminho para novos materiais que poderiam encontrar o caminho para as futuras gerações de células solares, catalisadores e cristais fotônicos.

Pesquisadores do Centro de Argonne para materiais em nanoescala e Divisão de Sistemas de Energia desenvolveram uma técnica conhecida como síntese de infiltração seqüencial (SIS), que se baseia na criação de auto-montados domínios químicas em nanoescala em que outros materiais podem ser cultivadas. Nesta técnica, um filme composto por grandes moléculas chamadas copolímeros em bloco age como um molde para a criação de um material altamente sintonizável padronizada.

Este filme de copolímeros em bloco mostra tendência característica do material para separar em regiões distintas.

Este novo método representa uma extensão da deposição de camadas atômicas (ALD), uma técnica popular para a síntese de materiais que é utilizado rotineiramente por cientistas de Argonne. Em vez de apenas camadas bidimensionais filmes de nanomateriais diferentes em cima da outra, no entanto, SIS permite aos cientistas para a construção de materiais que têm geometrias muito mais complexas.

"Esta nova técnica permite-nos criar materiais que simplesmente não eram possíveis com ALD ou copolímeros em bloco único", disse Seth Darling, uma nanocientista Argonne que ajudou a desenvolver o SIS, em colaboração com o químico Argonne Jeff Elam. "Ter a habilidade de controlar a geometria do material que estamos fazendo, bem como sua composição química abre a porta para todo um universo de novos materiais."

Segundo Darling, o sucesso da técnica depende da química única de copolímeros em bloco. Cada copolímero em bloco é composto de duas subunidades distintas quimicamente, por exemplo, uma subunidade pode ter uma afinidade com a água enquanto o outro pode repelir a água. Nesse caso, como iria procurar como, a criação de uma matriz heterogênea de intercalados regiões homogêneas.

"Você pode pensar de um copolímero em bloco como como um par de gêmeos siameses molecular, onde um gosta de falar e ninguém gosta de ler em silêncio", disse Darling. "Se você colocar um monte desses gêmeos juntos em um quarto, os falantes vão tentar estar perto de os falantes e os leitores vão tentar estar perto dos leitores, mas não pode simplesmente separar-se para todos os um ou outro lado da sala, e é essa ação que nos dá as geometrias que estamos procurando. "

Dependendo do substrato inicial, os copolímeros em bloco, bem como o tratamento que os cientistas utilizam materiais, podem formar regiões que possuem diversos formatos, de esférico a cilíndrico para planar. Embora existam muitos tipos de copolímeros em bloco, em geral, não pode servir como uma matriz gama de efeitos, como materiais inorgânicos. O desafio, segundo Darling, é trazer a auto-montagem de copolímeros em bloco juntamente com a funcionalidade de materiais inorgânicos.

As propriedades físicas e químicas de um material gerado usando SIS depender de como a química ea morfologia copolímero em bloco interagir com a química de técnicas de ALD. "Podemos adequar nossos esforços materiais de síntese de uma forma muito mais precisa do que jamais poderíamos antes", disse Darling.

Darling e Elam passaram a maior parte de suas carreiras em Argonne focada no desenvolvimento de novos tipos de materiais, incluindo o desenvolvimento de células solares, que combinam componentes orgânicos e inorgânicos. Eles acreditam que os tipos de materiais que o SIS pode gerar irá conduzir fundamentais tecnologias de energia solar para maior eficiência e menor custo.

"Nosso futuro da energia solar não tem um one-size-fits-all solução", disse Elam. "Precisamos investigar o problema de muitos ângulos diferentes, com muitos materiais diferentes, e SIS vai dar-nos muitos pesquisadores como novas rotas de ataque."

Last Update: 9. October 2011 12:59

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