Usando un nuevo procedimiento, los investigadores de la Universidad Técnica de Múnich TUM y la Universidad Ludwig Maximillians de Múnich LMU ahora pueden producir capas de semiconductores extremadamente delgadas y robustas, pero altamente porosas. Un material muy prometedor, para pequeñas y ligeras-peso, células solares flexibles, por ejemplo, o electrodos que mejoran el rendimiento de las baterías recargables.
El revestimiento en la oblea que el profesor Thomas Fässler, presidente de Química Inorgánica con Enfoque en Materiales Nuevos en TU Munich, tiene en sus manos reluce como un ópalo. Y tiene propiedades increíbles: es duro como un cristal, excepcionalmente delgadoy, dado que es muy poroso, liviano como una pluma.
Al integrar polímeros orgánicos adecuados en los poros del material, los científicos pueden personalizar las propiedades eléctricas del material híbrido resultante. El diseño no solo ahorra espacio, sino que también crea grandes superficies de interfaz que mejoran la efectividad general.
"Puede imaginar nuestra materia prima como un andamio poroso con una estructura similar a un panal. Las paredes comprenden germanio inorgánico, semiconductor, que puede producir y almacenar cargas eléctricas. Dado que las paredes del panal son extremadamente delgadas, las cargas pueden fluir a lo largocaminos ", explica Fässler.
El nuevo diseño: de abajo hacia arriba en lugar de de arriba hacia abajo
Pero, para transformar el germanio duro y quebradizo en una capa flexible y porosa, los investigadores tuvieron que aplicar algunos trucos. Tradicionalmente, los procesos de grabado se utilizan para estructurar la superficie del germanio. Sin embargo, este enfoque de arriba hacia abajo es difícil de controlar enun nivel atómico. El nuevo procedimiento resuelve este problema.
Junto con su equipo, Fässler estableció una metodología de síntesis para fabricar las estructuras deseadas de manera muy precisa y reproducible. La materia prima es germanio con átomos dispuestos en grupos de nueve. Dado que estos grupos están cargados eléctricamente, se repelen entre sí mientrasse disuelven. La red solo se produce cuando se evapora el disolvente.
Esto se puede lograr fácilmente aplicando calor de 500 ° C o se puede inducir químicamente, agregando cloruro de germanio, por ejemplo. Al usar otros cloruros como el cloruro de fósforo, las estructuras de germanio se pueden dopar fácilmente. Esto permite a los investigadores directamenteajustar las propiedades de los nanomateriales resultantes de una manera muy específica.
Pequeñas cuentas sintéticas como nanotemplates
Para dar a los racimos de germanio la estructura porosa deseada, la investigadora de la LMU, Dra. Dina Fattakhova-Rohlfing, ha desarrollado una metodología para permitir la nanoestructuración: las pequeñas cuentas de polímero forman plantillas tridimensionales en un paso inicial.
En el siguiente paso, la solución de racimo de germanio llena los espacios entre las cuentas. Tan pronto como se han formado redes de germanio estables en la superficie de las cuentas pequeñas, las plantillas se eliminan aplicando calor. Lo que queda es la nanofilm altamente porosa.
Las perlas de polímero desplegadas tienen un diámetro de 50 a 200 nanómetros y forman una estructura de ópalo. El andamio de germanio que emerge en la superficie actúa como un molde negativo: se forma una estructura de ópalo inverso. Por lo tanto, las nanocapas brillan como un ópalo.
"El germanio poroso solo tiene propiedades ópticas y eléctricas únicas de las que pueden beneficiarse muchas aplicaciones relevantes para la energía", dice la investigadora de la LMU, Dra. Dina Fattakhova-Rohlfing, quien, en colaboración con Fässler, desarrolló el material. "Más allá de eso, podemosllene los poros con una amplia variedad de materiales funcionales, creando así una amplia gama de nuevos materiales híbridos ".
Nanocapas allanan el camino hacia soluciones fotovoltaicas portátiles
"Cuando se combinan con polímeros, las estructuras porosas de germanio son adecuadas para el desarrollo de una nueva generación de células solares estables, extremadamente ligeras y flexibles que pueden cargar teléfonos móviles, cámaras y computadoras portátiles mientras viajan", explica el físico PeterMüller-Buschbaum, profesor de materiales funcionales en TU Munich.
Los fabricantes de todo el mundo buscan materiales livianos y robustos para usar en células solares portátiles. Hasta la fecha, han utilizado principalmente compuestos orgánicos, que son sensibles y tienen vidas relativamente cortas. El calor y la luz descomponen los polímeros y causanel rendimiento se degrada. Aquí, las capas híbridas de germanio delgadas pero robustas proporcionan una alternativa real.
nanocapas para nuevos sistemas de baterías
A continuación, los investigadores quieren utilizar la nueva tecnología para fabricar capas de silicio altamente porosas. Las capas se están probando actualmente como ánodos para baterías recargables. Podrían reemplazar las capas de grafito que se usan actualmente en las baterías para mejorar su capacidad.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Técnica de Munich TUM . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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