p Usando um novo procedimento, os pesquisadores da Universidade Técnica de Munique (TUM) e da Universidade Ludwig Maximillians de Munique (LMU) agora podem produzir produtos extremamente finos e robustos, ainda camadas semicondutoras altamente porosas. Um material muito promissor - para pequenos, leve, células solares flexíveis, por exemplo, ou eletrodos que melhoram o desempenho das baterias recarregáveis. p O revestimento do wafer que o professor Thomas Fässler, cadeira de Química Inorgânica com Foco em Novos Materiais na TU Munique, segura em suas mãos brilha como uma opala. E tem propriedades incríveis:é duro como um cristal, excepcionalmente fino e - por ser altamente poroso - leve como uma pena.

p Ao integrar polímeros orgânicos adequados nos poros do material, os cientistas podem personalizar as propriedades elétricas do material híbrido resultante. O design não só economiza espaço, também cria grandes superfícies de interface que melhoram a eficácia geral.

p "Você pode imaginar nossa matéria-prima como um andaime poroso com uma estrutura semelhante a um favo de mel. As paredes são compostas por materiais inorgânicos, germânio semicondutor, que podem produzir e armazenar cargas elétricas. Como as paredes do favo de mel são extremamente finas, cargas podem fluir ao longo de caminhos curtos, "explica Fässler.

p O novo design:ascendente em vez de descendente

p Mas, para transformar frágil, germânio duro em uma camada flexível e porosa, os pesquisadores tiveram que aplicar alguns truques. Tradicionalmente, processos de gravação são usados ​​para estruturar a superfície do germânio. Contudo, essa abordagem de cima para baixo é difícil de controlar em um nível atômico. O novo procedimento resolve esse problema.

p Junto com sua equipe, Fässler estabeleceu uma metodologia de síntese para fabricar as estruturas desejadas com muita precisão e reprodutibilidade. A matéria-prima é o germânio com átomos dispostos em grupos de nove. Uma vez que esses aglomerados são eletricamente carregados, eles se repelem enquanto estiverem dissolvidos. A rede só ocorre quando o solvente é evaporado.

p Isso pode ser facilmente alcançado pela aplicação de calor de 500 ° C ou pode ser induzido quimicamente, adicionando cloreto de germânio, por exemplo. Usando outros cloretos como o cloreto de fósforo, as estruturas do germânio podem ser facilmente dopadas. Isso permite que os pesquisadores ajustem diretamente as propriedades dos nanomateriais resultantes de uma maneira bem direcionada.

p Pequenos grânulos sintéticos como nanotemplates

p Para dar aos aglomerados de germânio a estrutura porosa desejada, a pesquisadora do LMU, Dra. Dina Fattakhova-Rohlfing, desenvolveu uma metodologia para permitir a nanoestruturação:Pequenos grânulos de polímero formam modelos tridimensionais em uma etapa inicial.

p Na próxima etapa, a solução de agrupamento de germânio preenche as lacunas entre as contas. Assim que redes estáveis ​​de germânio se formaram na superfície das minúsculas contas, os modelos são removidos aplicando calor. O que resta é o nanofilme altamente poroso.

p Os grânulos de polímero implantados têm um diâmetro de 50 a 200 nanômetros e formam uma estrutura opala. O andaime de germânio que emerge na superfície atua como um molde negativo - forma-se uma estrutura opala inversa. Assim, as nanocamadas brilham como uma opala.

p "O germânio poroso sozinho tem propriedades ópticas e elétricas únicas, das quais muitas aplicações relevantes em energia podem se beneficiar, "diz a pesquisadora da LMU, Dra. Dina Fattakhova-Rohlfing, quem, em colaboração com Fässler, desenvolveu o material. "Além disso, podemos preencher os poros com uma ampla variedade de materiais funcionais, criando assim uma ampla gama de novos materiais híbridos. "

p As nanocamadas abrem caminho para soluções fotovoltaicas portáteis

p "Quando combinado com polímeros, estruturas porosas de germânio são adequadas para o desenvolvimento de uma nova geração de estábulos, células solares extremamente leves e flexíveis que podem carregar telefones celulares, câmeras e laptops durante a viagem, "explica o físico Peter Müller-Buschbaum, professor de materiais funcionais na TU Munich.

p Fabricantes em todo o mundo estão em busca de materiais leves e robustos para usar em células solares portáteis. Até o momento, eles usaram principalmente compostos orgânicos, que são sensíveis e têm uma vida útil relativamente curta. O calor e a luz decompõem os polímeros e causam a degradação do desempenho. Aqui, as camadas híbridas de germânio finas, mas robustas, fornecem uma alternativa real.

p Nanocamadas para novos sistemas de bateria

p Próximo, os pesquisadores querem usar a nova tecnologia para fabricar camadas de silício altamente porosas. As camadas estão sendo testadas como ânodos para baterias recarregáveis. Eles poderiam substituir as camadas de grafite atualmente usadas em baterias para melhorar sua capacidade.