万博APP
  • 首页>万博APP>行业新闻
  • 纳米材料中的原子振动

    加入时间:信息来源:管理员

    所有的材料都是由原子组成的,原子一直振动。这些振动成为声子,负责使材料带电和传输热量。金属、半导体和绝缘体振动的研究也在进行;现在纳米尺度的材料可为显示器、传感器、电池、催化膜等应用程序带来更好的性能。然而,当材料是纳米尺度时,材料是如何发生振动还不明晰。




    柔软表面振动强烈

    在最近发表在《Science》上的文章中,ETH大学教授Vanessa Wood和她的同事解释了,当材料为纳米尺度时,原子是如何振动的及如何将这些知识应用于不同的纳米材料系统工程。该论文显示当制备的材料小于10-20nm时——也就是说,比人类头发丝还要细5000倍——纳米颗粒表面最外层原子振动很大,并对材料表现产生很大影响。“对于如催化、热电技术或超导等某些应用来说,这些大型振动可能是好的,但对于其他如led或太阳能电池等应用来说,这些振动是不好的,”Wood解释道。事实上,论文解释了为什么纳米太阳能电池直到现在还没有完全实现。研究人员利用实验和理论表明,表面振动与电子的相互作用降低了太阳能电池的光电流。“现在我们已经证明表面振动是很重要的,我们可以系统地设计材料来抑制或增强这些振动,”Wood说。

    改善太阳能电池性能

    Wood的研究小组曾在很长一段时间研究一种特殊的半导体纳米材料——胶状纳米晶体,它是一种直径2-10 nm的半导体。因为其光学和电学性质的尺寸依赖性,这些材料很有意义。材料尺寸在合成时可以很容易改变。现在商业,这些材料用于led电视的红、绿灯发射器,也正在探索用于低成本、溶液处理的太阳能电池。研究人员注意到,在纳米晶体表面放置某些原子可以提高太阳能电池的性能。然而其工作原理还没有弄清。现发表在《Science》杂志上的论文给出了答案:原子坚硬的外壳可以抑制振动及其与电子的相互作用。这意味着太阳能电池的更高的光电流和效率。

    研究纳米尺度的大科学

    实验在Wood教授的ETH大学实验室和瑞士中子源保罗谢勒研究所进行。通过观察中子如何散射物质中原子,可以量化材料中的原子振动。中子测量及原子振动模拟运行在瑞士国家超级计算中心(CSCS)进行。伍德说:“如果没有这些大型设备,这项工作是不可能的。我们非常幸运在瑞士能拥有这些世界一流的设施。”

    新材料在线编译整理——翻译:范红娜      校正:摩天轮 阅读原文


    想了解更多精采内容

    请打开手机微信扫一扫,关注我们