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新型納米將科幻片帶入現實:碎屏及光伏電池或“自我修復”

2022-01-14 16:43:31來源:財聯社

財聯社(上海,編輯 黃君芝)訊,據報道,以色列理工學院的科學家們正在開發可用于太陽能電池板和其他電子設備的自修復納米材料。從《終結者》到《蜘蛛俠》,能自我修復的機器人和設備在科幻電影中比比皆是。

然而,在現實中,磨損會降低電子設備的效率,直到它們需要更換。試想一下,如果有一天,你摔碎了的手機屏幕會在一夜之間自我修復,又或者為衛星提供能量的太陽能電池板會不斷修復由微型隕石造成的損害,這個世界會變成怎樣?

事實上,自修復材料的領域正在迅速擴大,過去的科幻小說內容可能很快就會成為現實,這要歸功于以色列理工學院的科學家,他們開發了能夠自我修復的生態友好型納米晶體半導體。其研究成果已于近期發表在了著名科學期刊《先進功能材料》雜志上。

根據研究人員的描述,其中一組被稱為雙鈣鈦礦的材料在被電子束輻射損壞后顯示出自愈特性。鈣鈦礦最早在1839年被發現,最近引起了科學家們的注意,因為它們具有獨特的電光特性,盡管生產成本不高,但在能量轉換方面卻非常有效。

來自材料科學與工程學院和以色列理工學院固態研究所的Yehonadav Bekenstein教授的研究小組正在尋找有毒的鉛的綠色替代品和工程無鉛鈣鈦礦。該團隊專門從事新材料的納米級晶體的合成工作。通過控制晶體的成分、形狀和大小,他們改變了材料的物理特性。

納米晶體是自然界中保持穩定的最小的物質粒子。它們的尺寸使某些特性更加明顯,并使在較大的晶體上不可能實現的研究方法成為可能,例如使用電子顯微鏡成像,看材料中的原子如何移動。事實上,這就是使無鉛鈣鈦礦中的自我修復被發現的方法。

據悉,這些鈣鈦礦納米顆粒是在Bekenstein教授的實驗室里生產的,使用的是一個簡短的、簡單的過程,包括將材料加熱到100℃幾分鐘。當研究人員使用透射電子顯微鏡檢查這些顆粒時,他們發現了令人興奮的現象。這種類型的顯微鏡所使用的高壓電子束在納米晶體中造成了斷層和孔洞。

研究人員探索這些孔如何與它們周圍的材料相互作用并在其中移動和轉化。他們看到,這些孔在納米晶體內自由移動,但避開了其邊緣。研究人員開發了一個代碼,分析了使用電子顯微鏡制作的幾十個視頻,以了解晶體內的運動動態。

研究人員發現,孔洞在納米顆粒的表面形成,然后移動到內部能量穩定的區域??锥聪騼纫苿拥脑虮煌茰y為是涂在納米晶體表面的有機分子。一旦這些有機分子被移除,該小組發現晶體會自發地將孔洞噴射到表面并排出,回到其原始的原始結構。換句話說,這就是自我修復。

研究人員表示,這一發現是理解鈣鈦礦納米粒子自愈過程的重要一步,并為它們與太陽能電池板和其他電子設備的結合鋪平了道路。

標簽: 科幻片 納米 光伏

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