美國能源部艾姆斯實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家哈維爾·維拉認(rèn)為，計(jì)算機(jī)處理器，電視顯示器和太陽能電池的改進(jìn)將來自低維納米材料合成的科學(xué)進(jìn)步。

Ames實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家以其在不同類型材料的合成和制造方面的專業(yè)知識(shí)而聞名，Vela也是愛荷華州立大學(xué)化學(xué)副教授。在許多情況下，這些新材料是散裝形式的，這意味著尺寸為微米到厘米。Vela的團(tuán)隊(duì)正在研究微米級，納米級或十億分之一米的納米晶體。

“當(dāng)我們采用較低的顆粒尺寸時(shí)，我們會(huì)試圖找出材料會(huì)發(fā)生什么，材料是否會(huì)受到增強(qiáng)或受到負(fù)面影響，或者我們會(huì)發(fā)現(xiàn)不可預(yù)期的特性，”Vela說。“我們的目標(biāo)是拓寬低維納米材料的科學(xué)。” 在一篇名為“低維材料的合成開發(fā)” 的材料化學(xué)發(fā)表的邀請論文中，Vela和合作者Long Men，Miles White，Himashi Andaraarachchi和Bryan Rosales討論了他們最近關(guān)于低維合成的一些工作的重點(diǎn)材料。

其中一個(gè)主題是鍺基核殼納米晶體合成的進(jìn)展。Vela表示，業(yè)界對基于半導(dǎo)體納米晶體的技術(shù)非常感興趣，如太陽能電池等應(yīng)用。

小粒徑可以影響許多因素，從傳輸特性(納米晶體傳導(dǎo)熱量和電流的程度)到光學(xué)特性(它與光相互作用的強(qiáng)度，吸收光線和發(fā)光)。在光伏太陽能電池中尤其如此“假設(shè)您使用半導(dǎo)體材料制造太陽能裝置，當(dāng)太陽能電池由大塊材料制成而不是由納米材料制成時(shí)，通常會(huì)有不同的性能。納米材料與光相互作用不同的是，它們更好地吸收它。這是一種可以操縱設(shè)備并微調(diào)其性能或功率轉(zhuǎn)換效率的方法，“Vela說。

除了太陽能電池，Vela表示，在量子點(diǎn)電視和計(jì)算機(jī)顯示器，LED(發(fā)光二極管)，生物成像和電信等光學(xué)設(shè)備中使用納米晶體具有極大的興趣。

他說，在這個(gè)領(lǐng)域存在許多挑戰(zhàn)，因?yàn)楦鶕?jù)所用納米晶體的質(zhì)量，您可以看到不同的發(fā)射特性，這會(huì)影響光的純度。“最終，所使用的納米晶體的尺寸可以使電視和電腦顯示器的色彩清潔度或清晰度產(chǎn)生巨大差異，”Vela說。“電視和計(jì)算機(jī)技術(shù)在全球范圍內(nèi)是一項(xiàng)數(shù)十億美元的業(yè)務(wù)，因此您可以看到我們對納米晶體特性的理解可能為這些技術(shù)帶來的潛在價(jià)值。”

在論文中，Vela的小組還討論了有機(jī)鹵化物鈣鈦礦的合成和光譜表征研究的進(jìn)展，Vela說，由于其低成本和易加工性，它們是太陽能電池最有前途的半導(dǎo)體。他補(bǔ)充說，由這些材料制成的光伏發(fā)電現(xiàn)在可以達(dá)到超過22%的功率轉(zhuǎn)換效率。Vela在該領(lǐng)域的研究主要集中在混合鹵化物鈣鈦礦上。他說，他的研究小組發(fā)現(xiàn)這些材料具有人們之前從未意識(shí)到的有趣的化學(xué)和光學(xué)物理性質(zhì)，現(xiàn)在他們正試圖更好地理解鈣鈦礦的結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分之間的關(guān)??系以及它們在太陽能電池中的表現(xiàn)。“我們的目標(biāo)之一是使用我們的'

此外，Vela的研究小組正在研究如何用鍺等含毒量較低的傳統(tǒng)有機(jī)鹵化物鈣鈦礦代替鉛。“原則上，這是一個(gè)應(yīng)該更為人所知的領(lǐng)域，但事實(shí)并非如此，”維拉說。“當(dāng)我們能夠用鍺替代鉛時(shí)，我們已經(jīng)能夠生產(chǎn)出更輕的鈣鈦礦，他說這可以對汽車行業(yè)產(chǎn)生積極的影響。

“這可能對運(yùn)輸應(yīng)用產(chǎn)生重大影響，因?yàn)樗浅Ｖ?，因此它不需要大量的鉛，”Vela說。展望未來Vela表示，他的團(tuán)隊(duì)將致力于推動(dòng)低維材料的科學(xué)發(fā)展。

“我們不是使用知名材料，而是最新的;最近發(fā)現(xiàn)的，”Vela說。“每次我們能夠推進(jìn)科學(xué)研究，我們都會(huì)更接近于在美國實(shí)現(xiàn)更多商業(yè)化，更多生產(chǎn)，更多制造業(yè)和更多就業(yè)機(jī)會(huì)的機(jī)會(huì)”