Javier Vela, scientifique au laboratoire Ames du département de l'Énergie des États-Unis, croit aux améliorations des processeurs informatiques, Les écrans de télévision et les cellules solaires proviendront des avancées scientifiques dans la synthèse de nanomatériaux de faible dimension.

Les scientifiques du Laboratoire Ames sont connus pour leur expertise dans la synthèse et la fabrication de matériaux de différents types, selon Vela, qui est également professeur agrégé de chimie à l'Iowa State University. Dans de nombreux cas, ces nouveaux matériaux sont fabriqués en vrac, ce qui signifie des micromètres à des centimètres. Le groupe de Vela travaille avec de minuscules, nanomètre, ou un milliardième de mètre, nanocristaux.

« Nous essayons de savoir ce qui se passe avec les matériaux lorsque nous allons vers des tailles de particules plus faibles, les matériaux seront-ils améliorés ou impactés négativement, ou allons-nous trouver des propriétés qui n'étaient pas attendues, " Vela a déclaré. "Notre objectif est d'élargir la science des nanomatériaux de faible dimension." Dans un article invité publié dans Chimie des Matériaux intitulé, "Développement synthétique de matériaux de faible dimension", Vela et coauteurs Long Men, Miles Blanc, Himashi Andaraarachchi, et Bryan Rosales ont discuté des points saillants de certains de leurs travaux les plus récents sur la synthèse de matériaux de faible dimension.

L'un de ces sujets était les avancées dans la synthèse de nanocristaux cœur-coquille à base de germanium. Vela dit que l'industrie est très intéressée par les technologies à base de nanocristaux semi-conducteurs pour des applications telles que les cellules solaires.

La petite taille des particules peut affecter beaucoup de choses, des propriétés de transport (la capacité d'un nanocristal à conduire la chaleur et l'électricité) aux propriétés optiques (la force avec laquelle il interagit avec la lumière, absorbe la lumière et émet de la lumière). C'est particulièrement vrai pour les cellules solaires photovoltaïques « Disons que vous utilisez un matériau semi-conducteur pour fabriquer un appareil solaire, les performances sont souvent différentes lorsque les cellules solaires sont fabriquées à partir de matériaux en vrac par opposition à lorsqu'elles sont fabriquées avec des nanomatériaux. Les nanomatériaux interagissent différemment avec la lumière; ils l'absorbent mieux. C'est une façon de manipuler les appareils et d'affiner leurs performances ou leur efficacité de conversion de puissance, " dit Vela.

Au-delà des cellules solaires, Vela dit qu'il y a un énorme intérêt à utiliser des nanocristaux dans la télévision à points quantiques et les écrans d'ordinateur, dispositifs optiques comme les LED (diodes électroluminescentes), imagerie biologique, et télécommunications.

Il dit qu'il y a de nombreux défis dans ce domaine car selon la qualité des nanocristaux utilisés, vous pouvez voir différentes propriétés d'émission, ce qui peut affecter la pureté de la lumière. "En fin de compte, la taille des nanocristaux utilisés peut faire une énorme différence dans la propreté ou la netteté des couleurs sur les écrans de télévision et d'ordinateur, " a déclaré Vela. " La télévision et la technologie informatique représentent une entreprise de plusieurs milliards de dollars dans le monde entier, vous pouvez donc voir la valeur potentielle que notre compréhension des propriétés des nanocristaux pourrait apporter à ces technologies. »

Dans le journal, Le groupe de Vela a également discuté des progrès réalisés dans l'étude de la synthèse et de la caractérisation spectroscopique des pérovskites aux halogénures organolead, qui, selon Vela, sont parmi les semi-conducteurs les plus prometteurs pour les cellules solaires en raison de leur faible coût et de leur facilité de traitement. Il ajoute que le photovoltaïque fabriqué à partir de ces matériaux atteint désormais des rendements de conversion de puissance supérieurs à 22 %. Les recherches de Vela dans ce domaine se sont concentrées sur les pérovskites aux halogénures mixtes. Il dit que son groupe a découvert que ces matériaux présentent des propriétés chimiques et photophysiques intéressantes que les gens n'avaient pas réalisées auparavant, et maintenant, ils essaient de mieux comprendre la corrélation entre la structure et la composition chimique des pérovskites et leur comportement dans les cellules solaires. "L'un de nos objectifs est d'utiliser ce que nous avons appris pour aider à réduire le coût des cellules solaires et les produire de manière plus fiable et plus facile, " dit Vela.

En outre, Le groupe de Vela étudie comment remplacer le plomb dans les pérovskites aux halogénures organolead traditionnels par quelque chose de moins toxique, comme le germanium. "En principe, c'est un domaine qui devrait être beaucoup mieux connu, mais ce n'est pas, " dit Vela. "Quand nous avons pu remplacer le plomb par du germanium, nous avons pu produire une pérovskite plus légère, qui, selon lui, pourrait avoir un impact positif sur l'industrie automobile, par exemple.

« Cela pourrait avoir de grandes implications pour les applications de transport où vous ne voulez pas beaucoup de plomb car il est si lourd, " a déclaré Vela. À l'avenir, Vela dit que son groupe se concentrera sur l'avancement de la science dans les matériaux de faible dimension.

"Nous ne travaillons pas avec des matériaux connus, mais le plus récent; le plus récemment découvert, " a déclaré Vela. " Et chaque fois que nous pouvons faire progresser la science, nous nous rapprochons d'un pas de plus des opportunités de commercialisation, plus de fabrication, plus de fabrication et plus d'emplois aux États-Unis."