Besisukantys, lankstūs kristalai yra raktas į naujų kraujo ląstelių atsiradimą

Pagrindinis investuotojas į tai, kaip šie halogeniniai perovskiai generuoja elektrą, tiesiogine prasme priklauso nuo to, kaip sukasi jų aštuonkampiai atominiai tinklai. Paskola ORNL / ill il Heman:

Tyrėjai parodė, kaip halogeninti perovskitų žirgų judesiai ir judesiai sukuria pageidaujamas atsinaujinančios energijos savybes.

Mokslininkai iš Duke’o universiteto atrado ilgai paslėptą molekulinę dinamiką, kuri suteikia pageidaujamų savybių pritaikyti šiluminę energiją liečiančiai medžiagų klasei, vadinamai halogenidiniais perovskitais.

Pagrindinis šių medžiagų kūrimo investuotojas – elektros energijos perdavimas priklauso nuo to, kaip susukti ir pasukti branduolinius tinklus pakabos pavidalu. Rezultatai padės medžiagų mokslininkams stengtis pritaikyti šių medžiagų chemines formules aplinkai nekenksmingiems kiaušiniams.

Rezultatai rodomi internete (2021 m. Kovo 15 d.) Žurnale Gamtos medžiagos,

„Labai domimasi halogeniniais perovskitais dėl energijos naudojimo, pavyzdžiui, fotoelektros, termoelektros, optoelektroninės radiacijos aptikimo ir emisijos. Visa pramonė yra nepaprastai aktyvi “, – sakė Olivier Deler,„ Duke “medžiagų mokslo docentas. “Nors mes suprantame, kad šių medžiagų minkštumą gali lemti jų elektroninės savybės, niekas iš tikrųjų nežinojo, kaip mūsų atrasti atominiai judesiai pateisina tas savybes.”

Perovskitai yra medžiagų klasė, kuri, tinkamai sujungus elementus, virsta kristaline struktūra, todėl jie ypač naudingi energijai naudoti. Jų gebėjimas sugerti šviesą ir efektyviai perduoti energiją daro juos bendru tikslu, pavyzdžiui, tyrėjams, kuriantiems naujo tipo kraujo ląsteles. Jie taip pat yra minkšti, panašūs į vientisą auksą, kuris yra lengvai dantytas, o tai leidžia toleruoti defektus, išvengti plyšių, kai susidaro plona plėvelė.

Tačiau vienas dydis tinka visiems, nes yra daugybė galimų receptų, galinčių sukurti perovskitą. Vienas iš paprasčiausių և ištirtų receptų susideda iš halogeno – chloro, fluoro ar bromo, suteikiant jiems halogeno perovskitų pavadinimą. Perovskitų kristalinėje struktūroje šie halogenai yra jungtys, jungiančios gretimus aštuonkampius kristalų motyvus.

Nors mokslininkai žinojo, kad šiuos pagrindinius taškus galima panaudoti kuriant perovskito savybes, niekam nepavyko suprasti, kaip jie leidžia aplinkinėms konstrukcijoms dinamiškai pasisukti, pasisukti ir sulenkti nesulaužant, nes „Jell-O“ forma smarkiai purtosi.

„Sunku eksperimentiškai identifikuoti šiuos struktūrinius judesius. Atrankos technika yra neutronų sklaida, kuri reikalinga nepaprastai daug pastangų atliekant duomenų analizę; labai nedaugelis žino Oliviero ir jo kolegų techniką “, – sako Volkeris Bloomas, hercogas,„ Duke “mechanikos inžinerijos profesorius. atlieka teorinį perovskitų modeliavimą, tačiau šiame tyrime nedalyvavo. “Tai reiškia, kad jie sugeba nustatyti pagrindines pagrindinių perovskitų medžiagų savybes, kuriomis kitu atveju nebūtų galima naudotis”.

Tyrimo metu Deleris ated bendradarbiavo su Argonne nacionaline laboratorija, Oak Ridge nacionaline laboratorija, Nacionaliniu mokslo ir technologijos institutu և Šiaurės vakarų universitetas, atraskite galimą struktūriškai paprasto, paprastai tiriamo halogeninio perovskito (CsPbBr3) molekulinę dinamiką.

Mokslininkai pradėjo nuo didelio centimetro masto halogeninio perovskito kristalo, kurį, kaip žinoma, sunku pasiekti. Pagrindinė priežastis, kodėl iki šiol nebuvo atliktas toks dinamiškas tyrimas. Tada jie iškeitė kristalą į neutronus Oak Ridge nacionalinėje laboratorijoje ir rentgeno nuotraukas Argonne nacionalinėje laboratorijoje. Matuodami, kaip neutronai և rentgeno spinduliai atsimuša į kristalus įvairiais kampais įvairiais laiko intervalais, mokslininkai tyčiojosi, kaip laikui bėgant juda jų sudedamieji atomai.

Patvirtinę matavimų interpretavimą kompiuterinėmis simuliacijomis, mokslininkai išsiaiškino, kiek iš tikrųjų aktyvi yra kristalinė gardelė. Aštuoni vienpusiai oktaedriniai motyvai, kuriuos sujungė bromo atomai, buvo užfiksuoti, kai jie buvo surinkti kartu plokščių pavidalo vietose, nuolat skystai lenkdamiesi pirmyn ir atgal.

„Kadangi atomai yra išdėstyti aštuoniakampiuose varikliuose, kurie bromo atomus skaido į sąnarius, jie galės laisvai suktis“, – sakė Deleris. „Bet mes nustatėme, kad būtent šie halogeniniai perovskitai yra daug„ neaktyvesni “nei kai kurie kiti receptai. Užuot tuoj pat grįžęs, arklys grįžta labai lėtai, daug labiau panašus į „Jell-O“ ar skystį nei į įprastą vientisą kristalą.

Deleris paaiškino, kad šis laisvo būdo molekulinis šokis gali suprasti daugelį pageidaujamų halogeninių perovskitų savybių. Jų „lankstumas“ neleidžia elektronams atsinaujinti į skyles, išstumiančias fotonus, o tai padeda jiems gauti didelius elektros energijos kiekius iš šviesos. Ir tai tikriausiai apsunkina šilumos energijos prasiskverbimą per kristalo struktūrą, o tai leidžia jiems gaminti elektrą iš šilumos, kai viena medžiagos pusė yra daug šiltesnė nei kita.

Kadangi tyrime naudojamas perovskitas CsPbBr3 yra vienas iš paprasčiausių receptų, tačiau jame jau yra struktūrinių ypatumų, būdingų plačiai šių junginių šeimai, Deleris mano, kad šios išvados greičiausiai nurodo daug halogeninių perovskitų. Pavyzdžiui, jis cituoja hibridinius organinius-neorganinius perovskitus (HOIP), kurie turi daug sudėtingesnius receptus, taip pat dvigubas be švino versijas, kurios yra ekologiškesnės.

„Šis tyrimas parodo, kodėl šio perovskito sritis yra ypatinga net ir paprasčiausiais atvejais“, – sakė Deleris. „Šie atradimai tikriausiai apima daug sudėtingesnius receptus, kuriuos šiuo metu tiria daugelis mokslininkų visame pasaulyje. “Kadangi jie rodo didžiules skaičiavimo duomenų bazes, mūsų aptikta dinamika gali padėti nustatyti, kurių perovskiečių ieškoti.”

Nuoroda. T. Lanigan-Atkins, X. Ei, MJ Krogstad, DM Pajerowski, DL Abernathy, Guangyong NMN Xu, Zhijun Xu, 4 D.-Y. Chungas, MG Kanatzidis, S. Rosenkranzas, R. Osbornas և O. Delaire’as, 2021 m. Kovo 15 d., Gamtos medžiagos,
DOI: 10.1038 / s41563-021-00947-y:

Šį tyrimą palaikė Energetikos departamentas (DE-SC0019299, DE-SC0019978, DE-AC02-05CH11231).

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Pasiutligė neužkrėstų smegenų, tačiau vis tiek kenčia nuo stiprių nervų pažeidimų.

Koronavirusas II su sunkiais kvėpavimo takų simptomais, Virusas, sukeliantis COVID 19Vargu ar jis bus tiesiogiai perduodamas į smegenis, tačiau vis tiek gali sukelti sisteminę...

Mokslas yra paprastas. Kas yra kvantinis skaičiavimas?

Nuo JAV energetikos departamentas 2021 m. Balandžio 21 d Lawrence'o Berkeley nacionalinė laboratorija DOE naudoja pažangią aušinimo sistemą - uolekčių, kad kvantinių kompiuterių širdis būtų pakankamai...

Kaip paukštis kvėpuoja geriau? Tyrėjų išvados

Apytikslis „apvalios viščiuko“ su paukščio plaučiais skaičius parodė, kad įkvėpus oro judėjimas pirmyn ir atgal. Kaip iškvėpimai (mėlynos rodyklės) ir iškvėpimai (raudoni) sukelia...

Kalnų gorilos gali naudoti krūtinę, kad perduotų informaciją apie save

Vyriškos gorilos krūtis muša. Autoriai: Jordi Galbany / Diano Fossey Gorilla fondas Skrynios, nukentėjusios nuo kalnų gorilų, kurios greitai muša krūtinę rankomis, kad skambėtų...

Paprastas mokslas: kas yra biokuras?

Parengta JAV energetikos departamentas 2021 m. Balandžio 20 d Mokslininkai fermentavo mieles, kad iš augalų cukrus virstų biodyzelinu. Kreditas: Nuotrauka mandagumo Stephanopoulos Lab Saulės, vėjo ir...

Newsletter

Subscribe to stay updated.