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双钙钛矿纳米晶中的自修复晶体空隙

导读2022年1月5日整理发布:从终结者到蜘蛛侠的套装,自修复机器人和设备在科幻电影中比比皆是。但实际上,磨损会降低电子设备的效率,直到需要...

2022年1月5日整理发布:从终结者到蜘蛛侠的套装,自修复机器人和设备在科幻电影中比比皆是。但实际上,磨损会降低电子设备的效率,直到需要更换它们。到底是手机屏幕裂开一夜自愈,还是太阳能电池板为卫星提供能量不断修复微陨石造成的伤害?

自修复材料领域正在迅速扩大,过去的科幻小说可能很快就会成为现实,这要归功于以色列理工学院的科学家,他们开发了能够自我修复的环保纳米晶体半导体。他们的发现,最近发表在Advanced Functional Materials 上描述了这一过程,其中一组称为双钙钛矿的材料在被电子束辐射损坏后显示出自修复特性。钙钛矿于 1839 年首次被发现,尽管生产成本低廉,但由于其独特的电光特性使其在能量转换方面非常高效,因此最近引起了科学家的注意。铅基钙钛矿在高效太阳能电池中的使用已经付出了特殊的努力。

来自材料科学与工程学院和以色列理工学院固态研究所的 Yehonadav Bekenstein 教授的 Technion 研究小组正在寻找有毒铅和工程无铅钙钛矿的绿色替代品。该团队专门从事新材料纳米级晶体的合成。通过控制晶体的成分、形状和尺寸,它们可以改变材料的物理特性。

纳米晶体是保持自然稳定的最小材料颗粒。它们的尺寸使某些特性更加明显,并使在较大晶体上无法实现的研究方法成为可能,例如使用电子显微镜成像以观察材料中的原子如何移动。事实上,这种方法能够在无铅钙钛矿中发现自我修复。

的钙钛矿型纳米颗粒,使用很短的,简单的过程,包括将材料加热到100℃几分钟在贝肯斯坦教授的实验室生产的。当博士 学生 Sasha Khalfin 和 Noam Veber 使用透射电子显微镜检查了这些粒子,他们发现了令人兴奋的现象。这种显微镜使用的高压电子束会在纳米晶体中造成缺陷和孔洞。然后,研究人员能够探索这些洞如何与周围的材料相互作用并在其中移动和变形。

他们看到孔洞在纳米晶体内自由移动,但避开了它的边缘。研究人员开发了一种代码,可以分析使用电子显微镜制作的数十个视频,以了解晶体内的运动动态。他们发现在纳米粒子表面形成孔洞,然后移动到内部能量稳定的区域。空穴向内移动的原因被假设是有机分子覆盖在纳米晶体表面。一旦这些有机分子被去除,研究小组发现晶体自发地将孔洞喷射到地表并向外喷射,恢复到原来的原始结构——换句话说,地壳自我修复。

这一发现是了解钙钛矿纳米粒子自愈过程的重要一步,并为将它们纳入太阳能电池板和其他电子设备铺平了道路。

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