美國能源部埃姆斯實驗室的Javier Vela科學(xué)家認(rèn)為，隨著低維納米材料的不斷研發(fā)，計算機(jī)處理器、電視顯示器和太陽能電池等相關(guān)技術(shù)將取得重大突破。

    愛荷華州立大學(xué)化學(xué)系的一名副教授Vela表示，艾姆斯實驗室擁有不同類型的材料合成制造方面的頂尖科學(xué)家。在許多情況下，這些新材料以塊狀方式呈現(xiàn)，這意味著它們的尺寸達(dá)到了微米以及厘米的級別。而Vela團(tuán)隊所研究的是微小的、納米尺度的納米晶體。

    在受邀發(fā)表題為“低維材料合成的發(fā)展”時，Vela和Long Men 、Miles White、Himashi Andaraarachchi、Bryan Rosales等人討論了各自在低維材料合成方面的最新近展。Vela說：“我們試圖探索當(dāng)材料降低到較低尺寸時，其會發(fā)生怎樣的變化？是會增強(qiáng)還是會產(chǎn)生消極影響？也許我們能夠發(fā)現(xiàn)一種前所未有的性能。擴(kuò)大低維納米材料科學(xué)的影響力是我們所要追求的目標(biāo)。”

    他們討論的一個主題是鍺基核殼納米晶的合成研究。Vela說，工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域?qū)Π雽?dǎo)體納米技術(shù)的應(yīng)用這個研究方向非常感興趣，例如太陽能電池的應(yīng)用就是比較熱門的一個話題。

    微小的粒子可以影響很多東西，包括傳輸性質(zhì)（納米晶體如何導(dǎo)熱和導(dǎo)電）和光學(xué)性質(zhì)（它如何與光相互作用，吸收光線和發(fā)出光線）在內(nèi)的一系列性能。在光伏太陽能電池中尤其如此。Vela表示，與以體積形式半導(dǎo)體材料制備的太陽能設(shè)備不同，納米材料與光的相互作用使得對應(yīng)的太陽能設(shè)備表現(xiàn)出不同的性能，它們吸收光的能力更強(qiáng)。而且這種裝置可以操縱，它們的性能或者功率轉(zhuǎn)換效率都可以進(jìn)行微調(diào)。

    除了太陽能電池，Vela說量子點(diǎn)電視、電腦顯示器、包括LED（發(fā)光二極管）在內(nèi)的光學(xué)設(shè)備、生物成像和通訊等領(lǐng)域都對納米晶體表現(xiàn)出極大的興趣。

    他說，由于一些設(shè)備性能取決于所使用的納米晶體的質(zhì)量，因此在這個領(lǐng)域依然面臨著許多挑戰(zhàn)，你可能會發(fā)現(xiàn)不同的發(fā)射特性，而這將會影響光的純度。Vela說：“最終采用的晶體尺寸對電視和電腦顯示器的分辨率和清晰度影響很大。在世界范圍內(nèi)，電視和計算機(jī)技術(shù)是一項價值數(shù)十億美元的業(yè)務(wù)，你可以看到，我們對納米晶性質(zhì)的了解可能給這些技術(shù)帶來潛在的價值。”

    Vela帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊在有機(jī)鉛鹵化物鈣鈦礦的光譜表征合成研究方面取得了進(jìn)展，由于其低成本和可加工性，Vela認(rèn)為這是最有前途的用于太陽能電池制造的半導(dǎo)體材料。他補(bǔ)充說，目前由這些材料制成的光伏電池功率轉(zhuǎn)換效率高達(dá)22%。Vela在這一領(lǐng)域的研究主要集中在混合鹵化物鈣鈦礦。他的小組已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這些材料具有一些有趣的化學(xué)和光學(xué)性質(zhì)，而這些性質(zhì)人們之前并未注意到。現(xiàn)在他們正試圖更好地理解太陽能電池性能與這些材料的結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成之間的關(guān)系。Vela說：“我們的目標(biāo)之一就是利用我們學(xué)到的東西來降低太陽能電池的生產(chǎn)成本，并且使得其生產(chǎn)過程更加可靠、簡便。”

    此外，Vela的團(tuán)隊正在研究如何使用低毒性物質(zhì)取代傳統(tǒng)的的鉛鹵化物鈣鈦礦，比如鍺。Vela說：“原則上，這應(yīng)該是更好的一個研究方向，但事實證明它不是。因為當(dāng)我們能夠用鍺代替鉛時，我們實際上已經(jīng)能夠生產(chǎn)出一種更輕的鈣鈦礦，而這對汽車行業(yè)可以產(chǎn)生積極的影響。”

    “但是在交通運(yùn)輸應(yīng)用中，這將會產(chǎn)生很大的影響，因為這種材料太重了。”Vela說。他的研究團(tuán)隊將重點(diǎn)在低維材料領(lǐng)域進(jìn)行研究。

    Vela說：“我們不采用大家都熟悉的材料，而是使用一些最新的、最近發(fā)現(xiàn)的材料。我們希望在每一次的研究中，我們都可以促進(jìn)科學(xué)的發(fā)展，并且為美國的工商業(yè)、制造業(yè)和就業(yè)做出更多的貢獻(xiàn)。”

    這項工作得到了美國能源部科學(xué)辦公室的支持。艾姆斯實驗室是美國能源部科學(xué)辦公室所屬下的國家實驗室，其由愛荷華州立大學(xué)運(yùn)營。艾姆斯實驗室致力于材料創(chuàng)新、新技術(shù)和能源解決方案的研究。利用科學(xué)家們的專長、獨(dú)特的能力和跨學(xué)科的合作來解決全球性問題。

    美國能源部科學(xué)辦公室是美國物理科學(xué)基礎(chǔ)研究的最大的支持者，正在努力解決這個時代最緊迫的一些問題。

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責(zé)任編輯：殷鵬飛

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