211service.com
Nanodruty przewodzą fotoprąd
Kopiarki, detektory podczerwieni i odbiorniki optyczne w światłowodowych systemach telekomunikacyjnych są zależne od fotoprzewodników – materiałów, które przenoszą więcej prądu elektrycznego po wystawieniu na działanie światła. Wykonane w skali nanometrowej fotoprzewodniki mogą doprowadzić do powstania różnych maleńkich urządzeń optoelektronicznych potencjalnie przydatnych w przyszłych generacjach nanoelektroniki, czujników chemicznych i ostatecznie dostarczyć wskazówek dotyczących wytwarzania maleńkich ogniw słonecznych.
Teraz japońscy naukowcy, kierowani przez Takuzo Aida , profesor na wydziale chemii i biotechnologii na Uniwersytecie Tokijskim, zbudowali fotoprzewodnik z dwóch różnych cząsteczek organicznych, które samoorganizują się w długie, puste nanorurki. Nanodruty prawie nie przewodzą prądu w ciemności, ale po uderzeniu światłem przewodzą 10 000 razy więcej prądu. Może to prowadzić do tanich nanourządzeń, które samoorganizują się z roztworu chemicznego.
Aby zrobić fotoprzewodnik, ważne jest, aby mieć połączenie między dwiema oddzielnymi warstwami: jedną, która przekazuje ładunek, a drugą, która go przyjmuje. Wcześniej wykonane fotoprzewodniki nie mają oddzielnych warstw donorowych i akceptorowych na poziomie nanometrów, mówi Aida. Nowy fotoprzewodnik, który naukowcy opisują w tym tygodniu Nauka , jest pierwszym, który zapewnia heterozłącze donora-akceptora w nanoskali i wykazuje właściwości fotoprzewodzące, mówi Aida.
Naukowcy tworzą roztwór dwóch organicznych cząsteczek, trinitrofluorenonu (TNF) i heksabenzokoronenu (HBC) w rozpuszczalniku. Po wystawieniu tego roztworu na działanie oparów metanolu w temperaturze 25°C cząsteczki organiczne samoorganizują się w puste rurki o szerokości 16 nanometrów. Ścianki nanorurek o grubości 3 nanometrów zbudowane są z warstw TNF, które pełnią rolę warstwy akceptującej elektrony, laminując warstwę elektronodonorową HBC.
Kiedy naukowcy umieszczają fotoprzewodniki między elektrodami i przykładają napięcie, prawie nie płynie prąd. Ale po oświetleniu światłem ultrafioletowym lub widzialnym nanoprzewody przewodzą prąd. Prąd elektryczny podczas oświetlenia jest o cztery rzędy wielkości większy niż w ciemności, mówi Aida. Tak duży współczynnik on-off jest bardzo ważny w zastosowaniach optoelektronicznych.
Obecnie przewodnictwo nanoprzewodów zmienia się w odpowiedzi na światło; nie pochłaniają światła, aby generować prąd elektryczny, tak jak robią to ogniwa słoneczne. Ale warstwowa struktura nanorurek stanowi plan konwersji światła na energię elektryczną, ponieważ interfejs między warstwami donora i akceptora można traktować jako złącze p-n, podstawową jednostkę ogniwa słonecznego, mówi Frank Wurthner , profesor chemii na Uniwersytecie w Würzburgu w Niemczech.
Walter Smith , fizyk zajmujący się badaniami nad fotoprzewodnikami w nanoskali z Haverford College, nazywa tę nową pracę ekscytującą, ponieważ jest to pierwszy przykład samoorganizującego się systemu z dobrze zdefiniowaną separacją między warstwami dawcy i akceptora. Ludzie są w stanie wytwarzać bardzo małe ogniwa słoneczne, ale możliwość ich samodzielnego montażu, miejmy nadzieję, obniży koszty produkcji, mówi. Samoorganizacja zapewnia również niezwykłą precyzję na poziomie atomowym we względnym rozmieszczeniu elementów łączących się ze sobą w celu utworzenia struktury.
Ważną zaletą metody japońskich badaczy jest to, że molekuły spontanicznie łączą się pod wpływem oparów metanolu. Ważne jest, aby mieć zewnętrzną wskazówkę, która wyzwala samoorganizację, mówi Smith, ponieważ ostatecznie, gdy próbujemy zbudować bardziej złożone systemy, możemy użyć różnych wskazówek, aby zainicjować samoorganizację różnych części systemu. Dodaje, że praca japońskich naukowców to duży krok w kierunku zrozumienia podstawowej nauki o tym, co napędza samoorganizację.