Изследователите са създали ново семейство от наноматериали чрез сплавяне на фосфор с арсен, за да създадат ленти с дебелина от един атом, които са силно проводими, което ги прави идеални кандидати за използване в батерии от следващо поколение, слънчеви клетки и квантови компютри.
— Фосфор? Чувам ви да питате, „но това не провежда много добре електричеството“. Прав си; не е така, което означава, че сам по себе си няма какво да предложи в практическите приложения и устройства. Изследователи от Лондонския университетски колеж (UCL) обаче установиха, че когато се легира с арсен, фосфорът става много по-полезно.
„Последната ни работа в легирането на фосфорни наноленти с арсен разкрива допълнителни възможности – по-специално, подобряване на съхранението на енергия на батерии и суперкондензатори и подобряване на детекторите в близката инфрачервена област, използвани в медицината“, каза Адам Кланси, един от съответните автори на изследването.
Под наноленти изследователите имат предвид ленти с дебелина от един атом от фосфор или, по-правилно, фосфорен, 2D материал, състоящ се от един слой изкуствено направен наслоен черен фосфор, най-стабилната форма на фосфор. През 2019 г. изследователи от UCL откриха потенциала на фосфорните наноленти, като установиха, че добавянето им като слой към перовскитните слънчеви клетки позволява на клетките да използват повече енергия от Слънцето.
В настоящото изследване, в опит да подобрят електрическата проводимост на фосфора, те въведоха „малко“ количество арсен. Кристалите, образувани от листове фосфор и арсен, се смесват с литий, разтворен в течен амоняк при -58 °F (-50 °C). Амонякът се отстранява след 24 часа и се заменя с органичен разтворител. Поради атомната структура на листовете, литиевите йони могат да се движат само в една посока, а не странично, причинявайки напукване, което създава лентите. Изследователите са създали ново семейство от наноматериали: наноленти от арсен-фосфорна сплав (AsPNR).
Те откриха, че AsPNR са с висока електропроводимост над 130 K (–226 °F/–140 °C), като същевременно запазват полезните свойства на нанолентите, съдържащи само фосфор. Ключова характеристика на AsPNRs е тяхната изключително висока „мобилност на дупки“. Дупките са противоположни партньори на електроните в електрическия транспорт, така че подобряването на тяхната мобилност – мярка за скоростта, с която се движат през материала – помага на електрическия ток да се движи по-ефективно.
Понастоящем, за да бъдат използвани като аноден материал в литиево-йонни или натриево-йонни батерии, фосфорните наноленти трябва да бъдат смесени с проводящ материал като въглерод. Изследователите казват, че тъй като AsPNRs увеличават количеството енергия, което батерията може да съхранява и скоростта, с която може да се зарежда и разрежда, въглеродният пълнител може да отпадне. Освен това те казват, че използването на AsPNR в слънчеви клетки би подобрило потока на заряд през устройствата, повишавайки ефективността на клетките.
„Арсен-фосфорните ленти също се оказаха магнитни, което според нас идва от атоми по ръба, което ги прави потенциално интересни и за квантовите компютри“, каза Кланси. „В по-широк план проучването показва, че сплавяването е мощен инструмент за контролиране на свойствата и следователно приложенията и потенциала на това нарастващо семейство наноматериали.“
Изследователите казват, че техните AsPNRs могат да бъдат произведени в мащаб в течност, която след това може да се използва за прилагането им, в обем и на ниска цена, за използване в различни приложения.
Проучването е публикувано в Вестник на Американското химическо дружество.
източник: Университетски колеж в Лондон
Публикациите се превеждат автоматично с google translate
