По словам Велы, которая также является адъюнкт-профессором химии в Университете штата Айова, ученые лаборатории Эймса известны своим опытом в синтезе и производстве материалов различных типов. Во многих случаях эти новые материалы производятся в объемной форме, что означает размер от микрометров до сантиметров. Группа Велы работает с крошечными нанокристаллами размером в одну нанометровую или одну миллиардную метра.
«Мы пытаемся выяснить, что происходит с материалами, когда мы переходим к более низким размерам частиц, будут ли материалы улучшены или отрицательно повлияют, или мы обнаружим свойства, которых не ожидали», — сказал Вела. «Наша цель — расширить науку о низкоразмерных наноматериалах.В специальной статье, опубликованной в журнале Chemistry of Materials, озаглавленной «Синтетическая разработка низкоразмерных материалов», Вела и соавторы Лонг Мэн, Майлз Уайт, Химаши Андарараччи и Брайан Росалес обсудили основные моменты своих последних работ по синтезу низкоразмерных материалов. габаритные материалы.
Одной из таких тем были достижения в синтезе нанокристаллов ядро-оболочка на основе германия. Вела говорит, что промышленность очень заинтересована в технологиях на основе полупроводниковых нанокристаллов для таких приложений, как солнечные элементы.
Малый размер частиц может влиять на многие вещи, от транспортных свойств (насколько хорошо нанокристалл проводит тепло и электричество) до оптических свойств (насколько сильно он взаимодействует со светом, поглощает свет и излучает свет).
Это особенно верно в отношении фотоэлектрических солнечных элементов. "Допустим, вы используете полупроводниковый материал для изготовления солнечного устройства. Когда солнечные элементы сделаны из объемных материалов, их характеристики часто отличаются от тех, когда они сделаны из наноматериалов. Наноматериалы иначе взаимодействуют со светом; они поглощают это лучше.
Это один из способов управления устройствами и точной настройки их производительности или эффективности преобразования энергии », — сказал Вела.
Помимо солнечных батарей, по словам Вела, существует огромный интерес к использованию нанокристаллов в телевидении с квантовыми точками и компьютерных дисплеях, оптических устройствах, таких как светодиоды (светоизлучающие диоды), биологической визуализации и телекоммуникациях.
Он говорит, что в этой области есть много проблем, потому что в зависимости от качества используемых нанокристаллов вы можете увидеть разные эмиссионные свойства, которые могут повлиять на чистоту света. «В конечном итоге размер используемых нанокристаллов может иметь огромное значение для чистоты или четкости цветов на телевизионных и компьютерных дисплеях», — сказал Вела. «Телевидение и компьютерные технологии — это многомиллиардный бизнес во всем мире, поэтому вы можете увидеть потенциальную ценность, которую наше понимание свойств нанокристаллов может принести этим технологиям."
В документе группа Вела также обсудила достижения, достигнутые в исследовании синтеза и спектроскопических характеристик галогенидорганических перовскитов, которые, по словам Велы, являются одними из самых многообещающих полупроводников для солнечных элементов из-за их низкой стоимости и простоты обработки. Он добавляет, что фотоэлектрические элементы, сделанные из этих материалов, теперь достигают эффективности преобразования энергии более 22 процентов.
Исследования Vela в этой области были сосредоточены на смешанных галогенидных перовскитах. Он говорит, что его группа обнаружила, что эти материалы обладают интересными химическими и фотофизическими свойствами, которые люди не осознавали раньше, и теперь они пытаются лучше понять корреляцию между структурой и химическим составом перовскитов и их поведение в солнечных элементах. «Одна из наших целей — использовать то, что мы узнали, чтобы снизить стоимость солнечных элементов и сделать их более надежными и быстрыми», — сказал Вела.
Кроме того, группа Вела изучает, как заменить свинец в традиционных галогенидорганических перовскитах на что-то менее токсичное, например германий. «В принципе, это область, о которой следует гораздо лучше знать, но это не так», — сказал Вела. «Когда мы смогли заменить свинец германием, мы смогли произвести более легкий перовскит, который, по его словам, может положительно повлиять на автомобильную промышленность, например.
«Это может иметь большое значение для транспортных приложений, где не нужно много свинца, потому что он такой тяжелый», — сказал Вела.
В дальнейшем Вела говорит, что его группа будет сосредоточена на развитии науки о низкоразмерных материалах.
«Мы работаем не с хорошо известными материалами, а с новейшими, открытыми совсем недавно», — сказал Вела. «И каждый раз, когда мы можем продвигать науку, мы на один шаг приближаемся к возможностям для большей коммерциализации, увеличения производства, увеличения производства и увеличения количества рабочих мест в США.S."