制作环保型预制纳米粒子多功能水溶性纳米模块

2019-02-12 08:57:00
来源:

马萨诸塞大学阿默斯特分校的材料化学家,聚合物科学家,设备物理学家和其他人员今天报告了一项突破性的技术,用于控制多种长度尺度的纳米粒子的分子组装,这应该允许更快,更便宜,更生态友好地制造有机光伏器件和其他电子设备。

详细信息在最新一期的Nano Letters中。

首席研究员,化学家Dhandapani Venkataraman指出,这些新技术成功地解决了器件制造的两个主要目标:控制分子组装和避免使用氯苯等有毒溶剂。“现在,我们有一种合理的方法来控制水基系统中的装配,”他说。“这是一种看待问题的全新方式。通过这种技术,我们可以将其强制进入您想要的精确结构。”

材料化学家Paul Lahti是美国能源部支持的UMass Amherst能源前沿研究中心(EFRC)的Thomas Russell的联合主任,他说:“这项工作的一个重要意义是它远远超出了有机光伏或太阳能现在正在应用这一进步的细胞。从更大的角度来看,这种技术提供了一种非常有前景,灵活且生态友好的新方法来组装材料以制造器件结构。“

拉赫蒂将UMass Amherst团队在材料科学方面的进步比作建筑行业对预制建筑单元所带来的好处。“这种策略恰好沿着一般的哲学路线,”他说。“我们小组发现了一种方法,使用球形填料使各种材料在水溶液中喷涂到薄层表面并组装成模块之前表现自己。我们正在预先组装一些基本构件可预测的特征,然后可用于构建复杂的设备。“

“有人仍然需要把它连接起来,以他们想要的方式使用它,”拉赫蒂补充道。“它还没有完成,但很多部件都是预组装的。你可以订购你需要的特性,例如,一定的电子流方向或强度。所有模块都可以调整到能够提供某种特定的电子可用性方式。可用性可以调整,我们已经证明它有效。“

这种新方法应该缩短纳米制造公司在材料试错中搜索的时间,以制造太阳能电池,有机晶体管和有机发光二极管等电子器件。“旧的方式可能需要数年时间,”拉赫蒂说。

“我们的另一个主要目标是制造可以从纳米到中尺度扩大的东西,我们的方法也是如此。它在生态上更加友好,因为我们在这个过程中使用水而不是危险的溶剂,”他补充道。

对于光伏发电,Venkataraman指出,“接下来的事情是制造其他聚合物的设备,以提高功率转换效率,并将它们制作在柔性基板上。在本文中,我们研究玻璃,但我们希望转化为柔性材料并用水生产卷对卷制造的材料。我们希望实际上能够获得更高的效率。“ 他建议,将功率转换效率提高5%,可以证明投资制造小巧灵活的太阳能电池板,为智能手机等设备供电。

如果普通智能手机使用5瓦的功率,并且所有3.07亿美国用户从电池切换到柔性太阳能,那么每年可以节省超过1500兆瓦的电力。“这几乎是核电站的产量,”Venkataraman说,“当你认为燃煤发电厂产生1兆瓦并释放2,250磅二氧化碳时,它会更加引人注目。所以,如果只是66亿移动电话的一小部分全球手机用户改为太阳能,这将大大减少我们的碳足迹。“

博士生和第一作者Tim Gehan表示,以这种方式制造的有机太阳能电池也可以是半透明的,“所以你可以在摩天大楼中更换有色窗户,并在需要的时候让它们全部发电。我们的细胞比传统方法更便宜,更清洁。“

Venkataraman认为有机材料化学家Gehan,博士后研究员和设备物理学家Monojit Bag,正在进行“重要观察”,并使用“持续侦探工作”来克服实验中的各种障碍。“这两个人在帮助这个故事向前发展方面表现突出,”他指出。对于他们来说,Gehan和Bag说他们得到了阿默斯特消防局的重要帮助,他们借给他们一台红外摄像机来查明设备上的一些问题热点。

袋子将相似尺寸和带电的纳米颗粒放在一起形成一个积木,然后用艺术家的喷枪将相互叠加的电路层喷涂在一起,形成太阳能装置。他说,“在这里,我们预先形成了纳米尺度的结构,因此它们将形成一个以中观尺度组装的已知结构,您可以从中制造出一个装置。之前,您只是希望您的两种成分在溶液中形成正确的细观结构,但是通过这种技术,我们可以将其引导到那个目的。“

这项基于聚合物的太阳能收集材料的工作是美国能源部基础能源科学办公室支持的EFRC的一部分。

声明:本站系本网编辑转载,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。如涉及作品内容、版权和其它问题,请在30日内与本网联系,我们将在第一时间删除内容!
热门文章
头条推荐