شکل نانوکریستال کارایی پنل‌های خورشیدی، نمایشگرها و فناوری پزشکی را افزایش می‌دهد: مطالعه
پژوهشگران راهی برای افزایش تعداد مولکول‌هایی که به سطح نانوکریستال‌های کوچک چسبیده‌اند، پیدا کردند.
تیمی در دانشگاه کرتین استرالیا بیان کرده‌اند که این روش جدید می‌تواند به پیشرفت‌هایی مانند صفحه‌نمایش‌های تلویزیونی روشن‌تر، تشخیص‌های پزشکی بهتر و پنل‌های خورشیدی کارآمدتر منجر شود.
این مطالعه بررسی کرد که چگونه شکل نانوکریستال‌های سولفید روی بر توانایی لیگاندها برای اتصال به سطح آن‌ها تأثیر می‌گذارد. لیگاند، یون یا مولکولی است که جفتی از الکترون‌ها را به اتم یا یون فلز مرکزی برای تشکیل یک کمپلکس هماهنگی می‌دهد.
«در کشفی که می‌تواند به امکانات جدید برای توسعه دستگاه‌های هوشمندتر و پیشرفته‌تر منجر شود، مطالعه ما نشان داد که ذرات صاف‌تر و یکنواخت‌تری که نانوپلاتلت‌ها نامیده می‌شوند، به نسبت اشکال دیگر مانند نانوذرات و نانومیله‌ها اجازه می‌دهند تا لیگاندهای بیشتری محکم‌تر به آن‌ها متصل شوند»، گفت گووهوآ جیا، استاد مشارک دانشگاه کرتین و نویسنده اصلی مطالعه.
شکل نانوکریستال مهم است
پژوهشگران دانشگاه کرتین پیشرفت‌های چشمگیری در درک نحوه تأثیر شکل نانوکریستال‌های نیمههادی بر خواص آن‌ها داشتند.
لیگاندها نحوه رفتار و عملکرد نانوکریستال‌های سولفید روی را در چندین فناوری مهم کنترل می‌کنند. تیم تحقیقاتی نانوکریستال‌های سولفید روی (ZnS) را بررسی کرد که می‌توانند به شکل نانوذرات، نانومیله‌ها یا نانوپلاتلت‌ها (NPLs) باشند.
محققان دریافتند که شکل نانوکریستال‌ها بر میزان چگالی لیگاندهای سطحی یا مولکول‌هایی که به سطح آن‌ها می‌چسبند، تأثیر دارد. یکی از این لیگاندها اولئیل‌آمین (OLA) است که به طور معمول استفاده می‌شود.
با تغییر شکل ذرات، پژوهشگران توانستند کارایی آن‌ها را در کاربردهای مختلف بهبود ببخشند و نحوه تعامل آن‌ها با محیط خود را کنترل کنند.
«از چراغ‌ها و صفحه‌نمایش‌های LED روشن‌تر تا پنل‌های خورشیدی کارآمدتر و تصویربرداری پزشکی با جزئیات بیشتر، توانایی کنترل شکل ذرات می‌تواند کارایی و عملکرد محصولات را متحول کند»، گفت جیا، در یک بیانیه .
افزایش کارایی دستگاه‌ها
تیم از سه روش آزمایشی متفاوت استفاده کرد - تجزیه و تحلیل ترموگراویمتریک و طیف‌سنجی رزونانس مغناطیسی هسته‌ای. چگالی لیگاند روی نانوکریستال‌ها با استفاده از طیف‌سنجی نشریه نوری پلاسما به هم القا شده اندازه‌گیری شد.
یافته‌های آن‌ها نشان داد که الگوی خاصی وجود دارد: کمترین تراکم لیگاند در نانوذرات مشاهده شد، پس از آن نانومیله‌ها، و بیشترین تراکم در نانوپلاتلت‌ها بود.
محققان افزایش تراکم لیگاند در نانوپلاتلت‌ها را به سطح صاف و یکنواخت آن‌ها نسبت می‌دهند که به مولکول‌های OLA اجازه می‌دهد به‌خوبی در کنار هم قرار گیرند. در مقابل، سطوح نامنظم‌تر نانوذرات و نانومیله‌ها به چیدمان کمتر کارآمد لیگاندها منجر شد.
تیم ادعا می‌کند که این کشف می‌تواند به بهبود عملکرد دستگاه‌هایی که به عنوان اپتوالکترونیک شناخته می‌شوند، کمک کند، دستگاه‌هایی که یا نور تولید می‌کنند یا از نور برای عمل کردن استفاده می‌کنند.
«اپتوالکترونیک در بسیاری از فناوری‌های مدرن، از جمله مخابرات، وسایل پزشکی، و تولید انرژی اهمیت دارند. توانایی کنترل موثر نور و برق، کانون اصلی پیشرفت سیستم‌های الکترونیکی سریع‌تر، کارآمدتر و جمع و جورتر است»، گفت جیا.
مطالعه همچنین به اهمیت شیمی سطح در نانوکریستال‌ها می‌پردازد و نشان می‌دهد که چگونه شکل آن‌ها می‌تواند عملکردشان را در کاربردهای مختلف از جمله پانل‌های خورشیدی کارآمدتر، صفحه‌نمایش‌های تلویزیونی روشن‌تر و تشخیص‌های پزشکی بهتر تحت تأثیر قرار دهد.
گروه تاکید می‌کند که این کشفیات نه تنها دانش ما را درباره چگونگی دستکاری شکل نانوکریستال‌های نیمههادی افزایش می‌دهند، بلکه رویکردهای تازه‌ای برای تنظیم خصوصیات شیمیایی آن‌ها ارائه می‌دهند. این مطالعه گامی اساسی در ایجاد مواد پیشرفته با خصوصیات خاص برای مجموعه‌ای از کاربردهای فناوری است.
جزئیات تحقیقات تیم در مجله انجمن شیمی آمریکا منتشر شد.
