p Os engenheiros de materiais da Universidade de Wisconsin-Madison fizeram uma descoberta surpreendente que poderia melhorar drasticamente a vida útil dos dispositivos de coleta de energia solar. p As descobertas permitiram que eles alcançassem a vida útil mais longa de um componente-chave de alguns tipos de células fotovoltaicas, chamado eletrodo fotoeletroquímico, que usa a luz solar para dividir a água em suas partes constituintes de hidrogênio e oxigênio.

p Em um artigo publicado em 24 de julho, 2018, no jornal de pesquisa Nano Letras , uma equipe liderada por UW-Madison ciência de materiais e Ph.D. em engenharia. estudante Yanhao Yu e seu orientador, Professor Xudong Wang, descreveu uma estratégia que estendeu a vida útil de um eletrodo fotoquímico para incríveis 500 horas - mais de cinco vezes a vida útil típica de 80 horas.

p Usualmente, esses tipos de eletrodos são feitos de silício, que divide bem a água, mas é altamente instável e se degrada rapidamente quando entra em contato com condições corrosivas. Para proteger esses eletrodos, os engenheiros geralmente cobrem finamente suas superfícies.

p É uma tática que apenas atrasa seu colapso final - às vezes depois de alguns dias e às vezes dentro de horas.

p "O desempenho varia muito e ninguém sabe por quê. É uma grande questão, "diz Wang, professor de ciência de materiais e engenharia na UW-Madison.

p Curiosamente, os pesquisadores não fizeram nenhuma alteração no material de revestimento. Em vez, eles aumentaram a vida útil do eletrodo aplicando uma camada ainda mais fina de dióxido de titânio do que o normal.

p Em outras palavras, menos realmente era mais.

p A chave para este desempenho excepcional foi a descoberta da equipe sobre a estrutura atômica de filmes finos de dióxido de titânio, que os pesquisadores criam usando uma técnica chamada deposição de camada atômica.

p Anteriormente, pesquisadores acreditaram que os átomos em filmes finos de dióxido de titânio adotaram uma de duas conformações - embaralhada e desordenada em um estado conhecido como "amorfo, "ou travado em um arranjo previsível e regularmente repetido chamado de forma cristalina.

p Crucialmente, os pesquisadores estavam certos de que todos os átomos em uma determinada película fina se comportavam da mesma maneira. Cristalino ou amorfo. Preto ou branco. Não há meio-termo.

p O que os colegas Wang descobriram, Contudo, é uma área cinzenta:eles viram que pequenas bolsas de um estado intermediário persistiam nas camadas finais - a estrutura atômica nessas áreas não era amorfa nem cristalina. Esses intermediários nunca foram observados antes.

p "Esta é a vanguarda da ciência de síntese de materiais, "diz Wang." Estamos pensando que a cristalização não é tão simples quanto as pessoas acreditam. "

p Observar esses intermediários não foi uma tarefa fácil. Digite Paul Voyles, colega de Wang, um especialista em microscopia que aproveitou as instalações exclusivas da UW-Madison para realizar medições sofisticadas de microscopia eletrônica de transmissão de varredura, permitindo-lhe detectar as estruturas minúsculas.

p De lá, os pesquisadores determinaram que esses intermediários diminuíram a vida útil dos filmes finos de dióxido de titânio, levando a picos de corrente eletrônica que abriram minúsculos orifícios nos revestimentos protetores.

p Eliminar esses intermediários - estendendo assim a vida útil do revestimento - é tão simples quanto usar um filme mais fino.

p Filmes mais finos dificultam a formação de intermediários dentro do filme, então, reduzindo a espessura em três quartos (de 10 nanômetros para 2,5), os pesquisadores criaram revestimentos que duraram mais de cinco vezes mais do que os revestimentos tradicionais.

p E agora que descobriram essas estruturas peculiares, os pesquisadores querem aprender mais sobre como eles formam e influenciam as propriedades do filme amorfo. Esse conhecimento pode revelar outras estratégias para eliminá-los, o que não só pode melhorar o desempenho, disse Wang, mas também abre novas oportunidades em outros sistemas relacionados à energia, como catalisadores, células solares e baterias.

p "Esses intermediários podem ser algo muito importante que foi esquecido, "diz Wang." Eles podem ser um aspecto crítico que controla as propriedades do filme. "