Javier Vela, cientista do Laboratório Ames do Departamento de Energia dos Estados Unidos, acredita que melhorias em processadores de computador, telas de TV e células solares virão de avanços científicos na síntese de nanomateriais de baixa dimensão.
Os cientistas do Laboratório Ames 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 Universidade Estadual de Iowa. Em muitos casos, esses novos materiais são feitos em massa, o que significa micrômetros a centímetros de tamanho. O grupo de Vela está trabalhando com nanocristais de tamanho pequeno, nanométrico ou bilionésimo de metro.
"Estamos tentando descobrir o que acontece com os materiais quando vamos para tamanhos menores de partículas, os materiais serão melhorados ou impactados negativamente, ou encontraremos propriedades que não eram esperadas", disse Vela. "Nosso objetivo é ampliar a ciência dos nanomateriais de baixa dimensão."
Alguns dos semicondutores inorgânicos em estudo por Vela e colaboradores. - Imagem: Laboratório Ames
Em um artigo publicado na revista Chemistry of Materials ("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 dos seus trabalhos mais recentes sobre a síntese de baixa dimensional materiais.
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.
Pequenas partículas podem afetar muitas coisas, desde propriedades de transporte (quão bem um nanocristal conduz calor e eletricidade) até propriedades ópticas (quão forte ela interage com a luz, absorve luz e emite luz).
Isto é especialmente verdadeiro em células solares fotovoltaicas. "Vamos dizer que você está usando um material semicondutor para fazer um dispositivo solar, muitas vezes há um desempenho diferente quando as células solares são feitas de materiais a granel em oposição a quando são feitas com nanomateriais. diferentemente, eles o absorvem melhor. É uma maneira de manipular dispositivos e ajustar o desempenho ou a eficiência de conversão de energia ", disse Vela.
Além das células solares, Vela diz que há um tremendo interesse no uso de nanocristais na televisão de ponto quântico e monitores de computador, dispositivos ópticos como LEDs (diodos emissores de luz), imagens biológicas 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 podem afetar a pureza da luz.
"Em última análise, o tamanho dos nanocristais usados pode fazer uma enorme diferença na limpeza ou nitidez das cores nas telas de TV e computador", disse Vela. "A tecnologia de televisão e computador é um negócio multibilionário em todo o mundo, então você pode ver o valor potencial que nossa compreensão das propriedades dos nanocristais poderia trazer para essas tecnologias."
No estudo, o grupo de Vela também discutiu os avanços feitos no estudo de síntese e caracterização espectroscópica de perovskitas de halogênio organolead, que Vela diz ser um dos mais promissores semicondutores para células solares devido ao seu baixo custo e fácil processabilidade. Ele acrescenta que os fotovoltaicos feitos com esses materiais agora atingem eficiências de conversão de energia de mais de 22%.
A pesquisa de Vela nesta área concentrou-se em perovskitas de haleto misto. Ele diz que seu grupo descobriu que esses materiais exibem propriedades físicas e químicas interessantes que as pessoas não haviam percebido antes, e agora eles 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 baixar o custo das células solares e produzi-las de maneira mais confiável e rápida", disse Vela.
Além disso, o grupo Vela está estudando como substituir o chumbo em perovskitas tradicionais de halogenetos organolead com algo menos tóxico, como o germânio. "Em princípio, essa é uma área que deveria ser muito mais conhecida, mas não é", disse Vela. "Quando conseguimos substituir o germânio por chumbo, conseguimos produzir uma perovskita mais leve, que, segundo ele, poderia impactar positivamente a indústria automotiva, por exemplo.
"Isso pode ter grandes implicações para as aplicações de transporte, onde você não quer muito chumbo porque é muito pesado", disse Vela. No futuro, Vela diz que o foco do seu grupo será o avanço da ciência em materiais de baixa dimensão.
"Não estamos trabalhando com materiais conhecidos, mas o mais recente; o mais recentemente descoberto", disse Vela. "E toda vez que podemos avançar na ciência, estamos um passo mais perto de oportunidades para mais comercialização, mais produção, mais produção e mais empregos nos EUA".
Laboratório Ames. Postado: 15 de jun. De 2017.
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