ALTIN 488,66
DOLAR 8,6580
EURO 10,1795
BIST 1.419
Adana Adıyaman Afyon Ağrı Aksaray Amasya Ankara Antalya Ardahan Artvin Aydın Balıkesir Bartın Batman Bayburt Bilecik Bingöl Bitlis Bolu Burdur Bursa Çanakkale Çankırı Çorum Denizli Diyarbakır Düzce Edirne Elazığ Erzincan Erzurum Eskişehir Gaziantep Giresun Gümüşhane Hakkari Hatay Iğdır Isparta İstanbul İzmir K.Maraş Karabük Karaman Kars Kastamonu Kayseri Kırıkkale Kırklareli Kırşehir Kilis Kocaeli Konya Kütahya Malatya Manisa Mardin Mersin Muğla Muş Nevşehir Niğde Ordu Osmaniye Rize Sakarya Samsun Siirt Sinop Sivas Şanlıurfa Şırnak Tekirdağ Tokat Trabzon Tunceli Uşak Van Yalova Yozgat Zonguldak
İstanbul 26 °C
Sağanak Yağışlı

Bükümlü, Esnek Kristaller Gelişmiş Yeni Güneş Pillerinin Anahtarı

15.03.2021
112
Bükümlü, Esnek Kristaller Gelişmiş Yeni Güneş Pillerinin Anahtarı

Araştırmacılar, halojenür perovskitlerin şekillerinin ve hareketlerinin arzu edilen yenilenebilir enerji özelliklerini nasıl yarattığını gösteriyor.

Duke Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, halojenür perovskitler adı verilen heyecan verici bir malzeme sınıfına güneş enerjisi ve ısı enerjisi uygulamaları için istenen özellikleri sağlayan uzun gizli moleküler dinamikleri ortaya çıkardılar.

Bu malzemelerin elektriği nasıl oluşturduğuna ve taşıdığına önemli bir katkıda bulunan, atomik kafeslerinin menteşe benzeri bir şekilde bükülme ve dönme biçimine tam anlamıyla menteşeler. Sonuçlar, malzeme bilimcilerinin bu malzemelerin kimyasal reçetelerini çevre dostu bir şekilde çok çeşitli uygulamalar için uyarlama arayışlarında yardımcı olacaktır.

Duke’da makine mühendisliği ve malzeme bilimi doçenti olan Olivier Delaire, “Fotovoltaik, termoelektrik, optoelektronik radyasyon tespiti ve emisyon gibi enerji uygulamaları için halojenür perovskitlere geniş bir ilgi var – tüm alan inanılmaz derecede aktif” dedi. “Bu malzemelerin yumuşaklığının elektronik özellikleri için önemli olduğunu anlasak da, ortaya çıkardığımız atomik hareketlerin bu özellikleri nasıl desteklediğini kimse bilmiyordu.”

Perovskitler, doğru element kombinasyonuyla kristal yapıya dönüştürülen ve onları enerji uygulamaları için özellikle uygun hale getiren bir malzeme sınıfıdır. Örneğin, ışığı absorbe etme ve enerjisini verimli bir şekilde aktarma yetenekleri, onları yeni güneş pili türleri geliştiren araştırmacılar için ortak bir hedef haline getiriyor. Ayrıca yumuşaktırlar, tıpkı katı altının kolayca çökebilmesi gibi, bu da onlara kusurları tolere etme ve ince bir film haline getirildiğinde çatlamayı önleme yeteneği verir.

Bununla birlikte, bir perovskite oluşturabilecek çok çeşitli potansiyel tarifler olduğundan, tek bir boyut herkese uymaz. En basit ve en çok çalışılan tariflerin çoğu, klor, flor veya brom gibi bir halojen içerir ve onlara halojen perovskitler adını verir. Perovskitlerin kristal yapısında, bu halojenürler, oktahedral kristal motiflerini birbirine bağlayan eklemlerdir.

Araştırmacılar bu dönme noktalarının bir perovskitin özelliklerini oluşturmak için gerekli olduğunu bilseler de, hiç kimse etraflarındaki yapıların dinamik olarak bükülmesine, dönmesine ve kırılmadan bükülmesine izin verme şekillerine bakamadı, tıpkı bir Jöle kalıbının şiddetle sallanması gibi.

“Bu yapısal hareketleri deneysel olarak tespit etmek çok zor. Duke’ta makine mühendisliği ve malzeme bilimi profesörü olan Volker Blum, “Seçme tekniği, muazzam bir cihaz ve veri analizi çabasıyla gelen nötron saçılımıdır ve çok az grup, Olivier ve meslektaşlarının yaptığı teknik üzerinde yetkiye sahiptir” dedi. perovskitlerin teorik modellemesini yapar, ancak bu çalışma ile ilgilenmemiştir. “Bu, temel perovskitlerdeki malzeme özelliklerinin temelini başka türlü erişilemez olan temellerini ortaya çıkaracak bir konumda oldukları anlamına geliyor.”

Çalışmada, Delaire ve Argonne Ulusal Laboratuvarı, Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı, Ulusal Bilim ve Teknoloji Enstitüsü’nden meslektaşları ve kuzeybatı Üniversitesi, yapısal olarak basit, yaygın olarak araştırılan halojenür perovskitin (CsPbBr3) önemli moleküler dinamiklerini ilk kez ortaya koyuyor.

Araştırmacılar, büyük, santimetre ölçekli, tek bir halojenür perovskit kristali ile başladılar; bu, bu tür boyutlara büyümesi herkesin bildiği gibi, bu tür dinamik bir çalışmanın şimdiye kadar gerçekleştirilememiş olmasının ana nedenlerinden biridir. Daha sonra, Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı’ndaki nötronlarla ve Argonne Ulusal Laboratuvarı’ndaki röntgenlerle kristale saldırdılar. Araştırmacılar, nötronların ve X-ışınlarının kristallerden birçok açıdan ve farklı zaman aralıklarında nasıl sıçradığını ölçerek, bileşen atomlarının zaman içinde nasıl hareket ettiğini ortaya çıkardılar.

Araştırmacılar, ölçümleri yorumlamalarını bilgisayar simülasyonlarıyla doğruladıktan sonra, kristalin ağın gerçekte ne kadar aktif olduğunu keşfettiler. Brom atomları ile birbirine bağlanan sekiz kenarlı oktahedral motifler, plaka benzeri alanlarda topluca bükülürken ve çok akışkan bir şekilde sürekli ileri geri eğilirken yakalandı.

Delaire, “Atomların, brom atomlarını eklem olarak paylaşan oktahedral motiflerle düzenlenme şekli nedeniyle, bu dönme ve kıvrımlara sahip olmakta özgürler” dedi. Ancak, özellikle bu halojenür perovskitlerin diğer bazı tariflerden çok daha ‘disket’ olduğunu keşfettik. Hemen şekline geri dönmektense, çok yavaş bir şekilde geri dönüyorlar, neredeyse geleneksel bir katı kristalden daha çok Jöle veya bir sıvı gibi. ”

Delaire, bu özgür ruhlu moleküler dansın, halojenür perovskitlerin arzu edilen özelliklerinin çoğunu anlamak için önemli olduğunu açıkladı. Onların ‘gevşekliği’ elektronların, gelen fotonların onları dışarı attığı deliklere yeniden birleşmesini engeller, bu da güneş ışığından çok fazla elektrik üretmelerine yardımcı olur. Ve muhtemelen ısı enerjisinin kristal yapı boyunca ilerlemesini zorlaştırıyor, bu da malzemenin bir tarafının diğerinden çok daha sıcak olmasıyla ısıdan elektrik üretmelerine izin veriyor.

Çalışmada kullanılan perovskit – CsPbBr3 – en basit tariflerden birine sahip olduğu için, ancak bu bileşiklerin geniş ailesinde ortak olan yapısal özellikleri zaten içerdiğinden, Delaire, bu bulguların muhtemelen çok çeşitli halojenür perovskitler için geçerli olduğuna inanıyor. Örneğin, çok daha karmaşık tariflere sahip hibrit organik-inorganik perovskitlerden (HOIP’ler) ve daha çevre dostu olan kurşunsuz çift perovskit varyantlarından bahsediyor.

Delaire, “Bu çalışma, bu perovskite çerçevesinin en basit vakalarda bile neden özel olduğunu gösteriyor” dedi. “Bu bulgular, büyük olasılıkla, şu anda dünya çapında birçok bilim insanının araştırmakta olduğu çok daha karmaşık tariflere uzanıyor. Muazzam hesaplama veritabanlarını tararken, ortaya çıkardığımız dinamikler hangi perovskitlerin peşine düşeceğimize karar vermeye yardımcı olabilir.

Referans: T. Lanigan-Atkinsy, X. Hey, MJ Krogstad, DM Pajerowski, DL Abernathy, Guangyong NMN Xu, Zhijun Xu, 4 D.-Y. Chung, MG Kanatzidis, S. Rosenkranz, R. Osborn ve O. Delaire, 15 Mart 2021, Doğa Malzemeleri.
DOI: 10.1038 / s41563-021-00947-y

ZİYARETÇİ YORUMLARI - 0 YORUM

Henüz yorum yapılmamış.