Rotující, pružné krystaly jsou klíčem k vedení nových krevních buněk

Hlavní investor do toho, jak tyto halogenové perovskisky generují տեղափոխ přenášejí elektřinu, doslova závisí na tom, jak se jejich oktaedrické atomové sítě zkroutí և visí. Půjčka ORNL / ill il Heman:

Vědci prokázali, jak pohyby a pohyby halogenovaných perovskitů vytvářejí žádoucí vlastnosti obnovitelné energie.

Vědci z Duke University objevili dlouho skrytou molekulární dynamiku, která poskytuje žádoucí vlastnosti pro aplikaci tepelné energie na dojemnou třídu materiálů zvaných halogenidové perovskity.

Hlavní investor do vytváření těchto materiálů, přenosu elektřiny, závisí na tom, jak jsou jaderné sítě zkroucené a rotované ve formě pozastavení. Výsledky pomohou vědcům v oboru materiálů přizpůsobit chemické vzorce pro tyto materiály aplikacím vajec šetrným k životnímu prostředí.

Výsledky se dnes (15. března 2021) v časopise objeví online Přírodní materiály,

„Existuje velký zájem o halogenové perovskity o využití energie, jako je fotovoltaika, termoelektřina, detekce optoelektronického záření a emise. Celý průmysl je neuvěřitelně aktivní, “řekl Olivier Deler, Dukeův docent vědy o materiálech. „I když chápeme, že měkkost těchto materiálů může být způsobena jejich elektronickými vlastnostmi, nikdo ve skutečnosti nevěděl, jak atomové pohyby, které jsme objevili, tyto vlastnosti ospravedlňují.“

Perovskity jsou třídou materiálů, které se správnou kombinací prvků promění v krystalickou strukturu, díky čemuž jsou obzvláště vhodné pro energetické využití. Jejich schopnost absorbovat světlo a efektivně přenášet energii z nich dělá společný cíl, například pro vědce vyvíjející nové typy krevních buněk. Jsou také měkké, něco jako plné zlato, které je snadno ozubené, což jim umožňuje tolerovat vady a vyhnout se prasklinám při vytváření tenkého filmu.

Jedna velikost však vyhovuje všem, protože existuje široká škála potenciálních receptů, které mohou perovskit vytvořit. Jeden z nejjednodušších և studovaných receptů se skládá z halogenu – chloru, fluoru nebo bromu, což jim dalo název halogenové perovskity. V krystalické struktuře perovskitů jsou tyto halogeny spoji, které spojují sousední osmiboké krystalové motivy.

Přestože vědci věděli, že tyto klíčové body lze použít k vytvoření vlastností perovskitu, nikdo nedokázal pochopit, jak umožňují okolním strukturám dynamicky se otáčet, otáčet a ohýbat, aniž by se zlomily, jak se forma Jell-O prudce otřásá.

„Je těžké experimentálně identifikovat tyto strukturální pohyby. Technikou výběru je rozptyl neutronů, který přichází s enormním úsilím analýzy nástrojů – dat; velmi málo lidí zná techniku ​​Oliviera – jeho kolegů, “říká Volker Bloom, Duke, profesor strojírenství na Duke. provádí teoretické modelování perovskitů, ale do této studie se nezapojil. „To znamená, že jsou schopni identifikovat základní vlastnosti materiálů v základních perovskitech, které by jinak byly nepřístupné.“

Během studie Deler և spolupracoval s Argonne National Laboratory, Oak Ridge National Laboratory, National Institute of Science and Technology և Northwestern University, objevte potenciální molekulární dynamiku strukturně jednoduchého, obvykle studovaného halogenového perovskitu (CsPbBr3).

Vědci začali s velkým krystalem halogenového perovskitu o velikosti centimetru, o kterém je známo, že je obtížné ho dosáhnout. Hlavní důvod, proč taková dynamická studie dosud nebyla provedena. Poté vyměnili krystal za neutrony v Oak Ridge National Laboratory a rentgenové záření v Argonne National Laboratory. Měřením toho, jak neutrony և rentgenové paprsky odráží krystaly v mnoha úhlech v různých časových intervalech, se vědci vysmívali tomu, jak se jejich základní atomy pohybovaly v čase.

Po potvrzení jejich interpretace měření pomocí počítačových simulací vědci zjistili, jak aktivní je krystalová mřížka ve skutečnosti. Osm jednostranných oktaedrických motivů, které byly spojeny atomy bromu, bylo zachyceno, když byly shromážděny společně v deskových oblastech a neustále se ohýbaly tam a zpět tekutým způsobem.

„Protože atomy jsou uspořádány v osmihranných motorech, které štěpí atomy bromu na klouby, budou se moci volně otáčet,“ řekl Deler. „Zjistili jsme však, že zejména tyto halogenové perovskity jsou mnohem„ neaktivnější “než některé jiné recepty. Místo okamžitého návratu se kůň vrací velmi pomalu, mnohem víc jako Jell-O nebo kapalina než běžný pevný krystal.

Deler vysvětlil, že tento svobodomyslný molekulární tanec může porozumět mnoha požadovaným vlastnostem halogenových perovskitů. Jejich „flexibilita“ brání elektronům v regeneraci do otvorů, které vyhánějí fotony, což jim pomáhá přijímat velké množství elektřiny ze světla. A to pravděpodobně ztěžuje průchod tepelné energie skrz krystalovou strukturu, což jim umožňuje vyrábět elektřinu z tepla, přičemž jedna strana materiálu je mnohem teplejší než druhá.

Protože perovskit použitý ve studii, CsPbBr3, má jeden z nejjednodušších receptů, ale již obsahuje strukturní rysy společné pro širokou rodinu těchto sloučenin, Deler věří, že tato zjištění se pravděpodobně týkají velkého počtu halogenových perovskitů. Například uvádí hybridní organicko-anorganické perovskity (HOIP), které mají mnohem složitější recepty, stejně jako dvojité perovskitové verze bez olova, které jsou šetrnější k životnímu prostředí.

„Tato studie ukazuje, proč je rozsah tohoto perovskitu zvláštní i v těch nejjednodušších případech,“ řekl Deler. „Tyto objevy se pravděpodobně týkají mnohem složitějších receptů, které v současné době studují mnozí vědci z celého světa. „Protože ukazují obrovské výpočetní databáze, dynamika, kterou jsme objevili, může pomoci určit, kterým Perovskitům se věnovat.“

Odkaz. T. Lanigan-Atkins, X. Hej, MJ Krogstad, DM Pajerowski, DL Abernathy, Guangyong NMN Xu, Zhijun Xu, 4 D.-Y. Chung, MG Kanatzidis, S. Rosenkranz, R. Osborn և O. Delaire, 15. března 2021, Přírodní materiály,
DOI: 10.1038 / s41563-021-00947-y:

Tento výzkum byl podpořen ministerstvem energetiky (DE-SC0019299, DE-SC0019978, DE-AC02-05CH11231).

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Líheň je otevřená, stanici zabírá 10 členů posádky

Nově přidaný personál stanice, který se skládal z 10 členů, se shromáždil v servisní jednotce Zvezda, aby uspořádali uvítací ceremoniál s rodinnými příslušníky a...

Chronické virové infekce mohou mít hluboký trvalý účinek na imunitu člověka, podobně jako stárnutí

Analýza topologie sítě funkce imunitního systému představující desítky integrovaných buněčných odpovědí, které jsou během odstraňování viru hepatitidy C u lidí obráceny. Zkoumané signální...

Byly odhaleny bizarní dýchací orgány 450 milionů let starých mořských živočichů

Zápočet: UCR Trilobité měli při dýchání jednu nohu Nová studie našla první důkazy o vysoce vyvinutých dýchacích orgánech u mořských živočichů starých 450 milionů let. ...

“Čmáranice světla” v reálném čase

Vědci z Tokijské metropolitní univerzity vyvinuli zjednodušený algoritmus pro převod volně nakreslených čar na standardním stolním procesoru na hologramy. Dramaticky snižují náklady na...

Mineralogie hluboké kůry Země pohání hotspoty pro domácí život

Tým DeMMO Field zleva doprava: Lily Mumper, Britney Kruger a Caitlin Cesar vzorky zlomenin z vrtné soupravy DeMMO. Kredit: © Matt Kapost Pod zeleným...

Newsletter

Subscribe to stay updated.