Pokrok může vést k rychlejší և levnější energii pro elektronické napájení

Zleva Pan Adhikari, Lawrence Coleman և Kanishka Kobbekaduwa srovnává vysokorychlostní lasery v laboratoři UPQD na katedře fyziky a astronomie. Zápočet: Clemson University

Pomocí laserové spektroskopie v experimentu s fotofyzikou rozbili vědci z Clemson University nový základ, který by mohl vést k rychlejší a levnější energii na výkonovou elektroniku.

Tento nový přístup, využívající perovskit s podporou řešení, má za cíl revoluci v každodenních objektech, jako jsou krvinky, LED diody, fotodetektory na smartphonech a počítačových čipech. Řešení vyvinuté perovskity jsou další generací materiálů pro panely krvinek na střechách, rentgenové detektory pro lékařskou diagnostiku a LED pro každodenní osvětlení.

Výzkumný tým se skládal z dvojice postgraduálních studentů, jednoho vysokoškoláka, vedeného ian Yanbo Gao, vedoucím skupiny fyziky vysokorychlostních zařízení na katedře fyziky a astronomie, College of Science.

Společná studie byla zveřejněna v časopise High Impact Journal z 12. března Komunikace přírody. Tento článek má název „Sledování lapačů pastí ve filmech perovskitových halogenidů organických kovů s vysokorychlostními dočasnými řešeními s velmi vysokou energií.“

Hlavním řešitelem byl Gao, odborný asistent koncentrované fyziky. Mezi spoluautory byli postgraduální studentka Kanishka Kobbekaduva (první autorka), skupina UPQD Ban Adhikari, stejně jako Lawrence Coleman, senior student tělesné výchovy.

Dalšími autory z Clemsonu byli Appaarao Rao, Bowenův profesor fyziky v Arménii, Axian Lu, hostující student z Číny, který pracuje pod Gao.

„Perovskitové materiály jsou určeny pro optické použití, jako jsou krvinky a LED diody,“ říká Kobbekaduwa, první autor výzkumného článku. „Je to možné, protože je mnohem jednodušší syntetizovat než současné krvinky na bázi křemíku. Toho lze dosáhnout zpracováním řešení. „Na druhou stranu, křemík musí mít různé metody, které jsou nákladnější a časově náročnější.“

Cílem výzkumu je výroba efektivnějších, levnějších a snadněji vyráběných materiálů.

Unikátní metoda používaná Gaoovým týmem, která využívá vysokorychlostní fotovoltaickou spektroskopii, umožňuje v průběhu času mnohem vyšší rozlišení než mnoho metod pro stanovení fyziky zachycených médií. Zde se úsilí měří v librách sekund, což je jedna biliontina sekundy.

„Vyrábíme zařízení používající tento (perovskitový) materiál, používáme lasery k jeho osvětlení, ke stimulaci elektronů uvnitř materiálu,“ uvedla Kobbekaduva. „A pak pomocí externího elektrického pole generujeme fotovoltaiku. Měřením této fotokopie můžeme lidem říci vlastnosti tohoto materiálu. V našem případě jsme definovali zachycené stavy, což jsou materiální vady, které ovlivní proud, který dostáváme. “

Jakmile je stanovena fyzika, mohou vědci identifikovat vady, které nakonec vedou k neúčinnosti materiálů. Pokud jsou defekty omezeny nebo inaktivovány, může to vést ke zvýšení účinnosti, což může být případ jiných zařízení s krevními buňkami.

Jelikož materiály jsou vytvářeny procesem řešení, jako je rotující potah nebo inkoustový tisk, zvyšuje se pravděpodobnost nedokonalostí. Tyto nízkoteplotní procesy jsou levnější než metody ultravysokoteplotní, jejichž výsledkem je čistý materiál. Ale výměna má více nedostatků v materiálu. Vyvážení těchto dvou technik může znamenat kvalitnější a efektivnější zařízení za nižší cenu.

Vzorky substrátu byly testovány vystřelením laseru na materiál, aby se určilo, jak se signál šíří skrz něj. Práce s lasery k osvětlení, sběru a sběru vzorků se lišila od jiných experimentů, které nevyužívaly elektrické pole.

„Analýzou tohoto proudu můžeme zjistit, jak se elektrony pohybují, jak vycházejí z defektu,“ uvedla skupina UPQD společnosti ADIKAR. „Je to možné jen proto, že naše zařízení zahrnuje vysokorychlostní časová zařízení umístěná pod elektrickým polem. Když elektron spadne do defektu, nemohou ho odstranit ti, kdo experimentují s použitím jiných technik. Ale můžeme to odstranit, protože máme elektrické pole. Elektrony se nabíjí pod elektrickým polem – lze je přesouvat z jednoho místa na druhé. Jsme schopni analyzovat jejich pohyb z jednoho bodu do druhého v materiálu. “

Tento transport և dopad vad materiálu na něj může ovlivnit činnost těchto materiálů սար zařízení v nich použitých. To vše jsou některé z velkých objevů, které studenti pod vedením svého učitele dělají, a vytvářejí vlny, které povedou k dalšímu velkému průlomu.

„Studenti se nejen učí. „Vlastně dělají práci,“ řekl Gao. „Měl jsem štěstí, že jsem měl talentované studenty, kteří se, inspirovaní výzvami a nápady, stanou vlivnými výzkumníky. To vše jsou některé z objevů, které studenti pod vedením svých pedagogů provedou, a vytvářejí vlny, které povedou k dalšímu velkému průlomu. Jsme také velmi vděční Shreetu Shrestha և za jejich silnou spolupráci s Wanyi Nie, kteří jsou nejlepšími vědci v oblasti materiálů v národní laboratoři v Los Alamos. “

Odkaz. Kanishka Kobbekaduwa, Shreetu Shrestha, Pan Adhikari, Exian Liu, Lawrence Coleman, Jianbing Zhang, Ying Shi, Yuanyuan Zh Fu Yen, Yehon, F Apparao M. Rao, Hsinhan Tsai, Matthew C. Beard, Wanyi Nie և Jianbo Gao, 12. března , 2021, Komunikace přírody,
DOI: 10.1038 / s41467-021-21946-2:

Projekt byl podpořen Centrem pro integrovanou nanotechnologii v Los Alamos National Laboratory v Los Alamos v Novém Mexiku a výzkumným úřadem v Jižní Karolíně.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Skladování obnovitelné energie v kamenech místo lithiových baterií

V případě přebytku elektřiny z větru nebo slunce se energetická rezerva nabije. To se děje prostřednictvím systému kompresorů a turbín, které čerpají tepelnou...

Houby mohou léčit bakterie a obohatit půdu o živiny

Aeroskulární mykorhizní houby se rozprostírají přes dlouhé vláknité struktury zvané krásně až k zemi. Krásy, menší než lidské vlasy, lze vidět mezi kořeny...

Světlo zapíná barvy a vzory objektů

Nový systém využívá ultrafialové světlo, které se promítá na objekty natřené barvou aktivující světlo, ke změně reflexních vlastností barvy a vytváření obrazů během několika...

Ne! Je pravděpodobnější, že žádosti o půjčku zpracované kolem poledne budou zamítnuty

Úředníci bankovních půjček pravděpodobněji budou schvalovat žádosti o půjčky dříve a později během dne, zatímco „únava z rozhodování“ kolem poledne je spojena s nedodržováním...

Náročné modely před oddělením v Bothnian Bay

19. dubna 2021 Mořský led na severu Baltského moře vykazuje některé přesvědčivé vzory, než se na jaře roztaví a setře. Na rozdíl od mořského ledu, který...

Newsletter

Subscribe to stay updated.