Javier Vela, cientista do Laboratório Ames do Departamento de Energia dos EUA, acredita em melhorias em processadores de computador, As telas de TV e células solares virão de avanços científicos na síntese de nanomateriais de baixa dimensão.

Os cientistas do Ames Laboratory são conhecidos por sua experiência na síntese e fabricação de materiais de diferentes tipos, de acordo com Vela, que também é professor associado de química da Iowa State University. Em muitos casos, esses novos materiais são feitos em massa, o que significa micrômetros a centímetros de tamanho. O grupo da Vela está trabalhando com minúsculos, nanômetro, ou um bilionésimo de um metro de tamanho, nanocristais.

"Estamos tentando descobrir o que acontece com os materiais quando vamos para tamanhos de partículas mais baixos, os materiais serão aprimorados ou impactados negativamente, ou encontraremos propriedades que não eram esperadas, ", Disse Vela." Nosso objetivo é ampliar a ciência dos nanomateriais de baixa dimensão. " Química de Materiais intitulado, "Desenvolvimento Sintético de Materiais de Baixa Dimensão", Vela e co-autores Long Men, Miles White, Himashi Andaraarachchi, e Bryan Rosales discutiram os destaques de alguns de seus trabalhos mais recentes sobre a síntese de materiais de baixa dimensão.

Um desses tópicos foi o avanço na síntese de nanocristais de núcleo-casca baseados em germânio. Vela diz que a indústria está muito interessada em tecnologias semicondutoras baseadas em nanocristais para aplicações como células solares.

O tamanho de partícula pequeno pode afetar muitas coisas, desde propriedades de transporte (quão bem um nanocristal conduz calor e eletricidade) até propriedades ópticas (quão forte ele interage com a luz, absorve luz e emite luz). Isso é especialmente verdadeiro em células solares fotovoltaicas "Digamos que você esteja usando um material semicondutor para fazer um dispositivo solar, geralmente há um desempenho diferente quando as células solares são feitas de materiais a granel, em oposição a quando são feitas com nanomateriais. Os nanomateriais interagem com a luz de maneira diferente; eles absorvem melhor. Essa é uma maneira de manipular dispositivos e ajustar seu desempenho ou eficiência de conversão de energia, "disse Vela.

Além das células solares, Vela diz que há um enorme interesse no uso de nanocristais na televisão de pontos quânticos e telas de computador, dispositivos ópticos como LEDs (diodos emissores de luz), imagem biológica, e telecomunicações.

Ele diz que há muitos desafios nesta área porque, dependendo da qualidade dos nanocristais usados, você pode ver diferentes propriedades de emissão, que pode afetar a pureza da luz. "Em última análise, o tamanho dos nanocristais usados ​​pode fazer uma grande diferença na limpeza ou nitidez das cores em telas de TV e computador, "disse Vela." A televisão e a tecnologia da computação são um negócio multibilionário em todo o mundo, então você pode ver o valor potencial que nossa compreensão das propriedades dos nanocristais pode agregar a essas tecnologias. "

No papel, O grupo de Vela também discutiu os avanços feitos no estudo da síntese e caracterização espectroscópica de perovskitas de haleto de chumbo organoléptico, que Vela diz serem alguns dos semicondutores mais promissores para células solares devido ao seu baixo custo e facilidade de processamento. Ele acrescenta que a energia fotovoltaica feita desses materiais agora atinge eficiências de conversão de energia de mais de 22 por cento. A pesquisa da Vela nessa área se concentrou em perovskitas de haleto misto. Ele diz que seu grupo descobriu que esses materiais exibem propriedades químicas e fotofísicas interessantes que as pessoas não haviam percebido antes, e agora estão tentando entender melhor a correlação entre a estrutura e a composição química das perovskitas e como elas se comportam nas células solares. "Um de nossos objetivos é usar o que aprendemos para ajudar a reduzir o custo das células solares e produzi-las de maneira mais confiável e rápida, "Vela disse.

Além disso, O grupo de Vela está estudando como substituir o chumbo nas perovskitas de haleto de organolébito tradicionais por algo menos tóxico, como o germânio. "Em princípio, esta é uma área que deveria ser muito mais conhecida, Mas isso não, "disse Vela." Quando conseguimos substituir o chumbo pelo germânio, conseguimos produzir uma perovskita mais leve, que ele diz que pode impactar positivamente a indústria automotiva, por exemplo.

"Isso pode ter grandes implicações para aplicações de transporte onde você não quer muito chumbo porque é muito pesado, "disse Vela. Daqui para frente Vela diz que o foco de seu grupo será no avanço da ciência em materiais de baixa dimensão.

“Não estamos trabalhando com materiais bem conhecidos, mas o mais novo; o mais recentemente descoberto, "Vela disse." E cada vez que podemos avançar a ciência, estamos um passo mais perto de oportunidades para mais comercialização, mais produção, mais manufatura e mais empregos nos EUA. "