Güneş Panellerinde ve Diğer Elektronik Cihazlarda Kullanılabilen, Kendi Kendini İyileştiren Nanomalzemeler
Bilim kurgu filmlerinde kendini onaran robotlar ve cihazlar bolca bulunur. Gerçekte ise, aşınma ve yıpranma, değiştirilmeleri gerekene kadar elektronik cihazların etkinliğini
azaltır.
Cep telefonunuzun bir gecede kendini iyileştiren çatlak ekranı mı yoksa mikro meteorların verdiği zararı sürekli onaran uydulara enerji sağlayan güneş panelleri mi?
Kendi kendini onaran malzemeler alanı hızla genişliyor ve eskiden bilim kurgu olan şeyler, kendi kendini iyileştirebilen çevre dostu nanokristal yarı iletkenler geliştiren Technion – İsrail Teknoloji Enstitüsü bilim adamları sayesinde yakında gerçeğe dönüşebilir.
Yakın zamanda Advanced Functional Materials’da yayınlanan bulguları, çift perovskit adı verilen bir grup malzemenin bir elektron ışınının radyasyonuyla hasar gördükten sonra kendi kendini iyileştirme özellikleri gösterdiği süreci açıklıyor.
İlk olarak 1839’da keşfedilen perovskitler, ucuz üretime rağmen onları enerji dönüşümünde oldukça verimli kılan benzersiz elektro-optik özellikleri nedeniyle bilim adamlarının dikkatini çekti.
Yüksek verimli güneş pillerinde kurşun bazlı perovskitlerin kullanımı için özel bir çaba gösterilmiştir. Malzeme Bilimleri ve Mühendisliği Fakültesi’nden Profesör Yehonadav Bekenstein ve Technion’daki Katı Hal Enstitüsü’nün Technion araştırma grubu, toksik kurşun
ve mühendislik kurşunsuz perovskitlere yeşil alternatifler arıyor.
Ekip, yeni malzemelerin nano ölçekli kristallerinin sentezinde uzmanlaşmıştır. Kristallerin bileşimini, şeklini ve boyutunu kontrol ederek malzemenin fiziksel özelliklerini değiştirirler.
Nanokristaller, doğal olarak stabil kalan en küçük malzeme parçacıklarıdır. Boyutları belirli özellikleri daha belirgin hale getirir ve malzemelerdeki atomların nasıl hareket ettiğini
görmek için elektron mikroskobu kullanarak görüntüleme gibi daha büyük kristallerde imkansız olan araştırma yaklaşımlarına olanak tanır.
Bu aslında kurşunsuz perovskitlerde kendi kendini onarmanın keşfini sağlayan yöntemdi.
Perovskit nanoparçacıkları, Prof. Bekenstein’ın laboratuvarında, malzemenin birkaç dakika boyunca 100°C’ye ısıtılmasını içeren kısa ve basit bir işlem kullanılarak üretildi.
Doktora öğrencileri Sasha Khalfin ve Noam Veber, parçacıkları bir transmisyon elektron mikroskobu kullanarak incelediler ve heyecan verici fenomeni keşfettiler. Bu tür mikroskop tarafından kullanılan yüksek voltajlı elektron ışını, nanokristallerde hatalara ve deliklere neden oldu.
Araştırmacılar daha sonra bu deliklerin kendilerini çevreleyen malzeme ile nasıl etkileşime girdiğini ve içinde hareket edip dönüştüğünü keşfedebildiler.
Deliklerin nanokristal içinde serbestçe hareket ettiğini ancak fakat kenarlardan kaçındıklarını gözlemlediler. Araştırmacılar, kristal içindeki hareket dinamiklerini anlamak
için elektron mikroskobu kullanılarak yapılan düzinelerce videoyu analiz eden bir kod geliştirdiler.
Nanoparçacıkların yüzeyinde deliklerin oluştuğunu ve daha sonra içeride enerjisel olarak kararlı alanlara taşındığını buldular. Deliklerin içe doğru hareketinin nedeninin, nanokristallerin yüzeyini kaplayan organik moleküller olduğu varsayıldı.
Bu organik moleküller çıkarıldıktan sonra grup, kristalin kendiliğinden delikleri yüzeye çıkardığını ve orijinal bozulmamış yapısına geri döndüğünü keşfetti – başka bir deyişle,
kabuk kendi kendini onardı.
Bu keşif, perovskite nanoparçacıkların kendilerini iyileştirmelerini sağlayan süreçleri anlamak için önemli bir adımdır ve güneş panelleri ve diğer elektronik cihazlara dahil edilmelerinin yolunu açar.
Prof. Yehonadav Bekenstein, Kudüs İbrani Üniversitesi’nde Fizik ve Kimya alanında eğitimini tamamladı. Berkeley, California Üniversitesi’nde doktora sonrası bursun ardından 2018’de Technion fakültesine katıldı. Käte ve Franz Wiener Ödülü (Mükemmel Doktora Tezi Ödülü), doktora sonrası araştırmacılar için Rothschild Bursu ve Alon dahil olmak üzere birçok ödül aldı.
Üstün Fakülte Entegrasyonu Bursu. 2020’de kariyerinin başındaki bilim adamları için ERC Başlangıç Hibesi’ne layık görüldü.
Kaynak:
Materials provided by Technion-Israel Institute of Technology.
Journal Source: Sasha Khalfin, Noam Veber, Shaked Dror, Reut Shechter, Saar Shaek, Shai Levy, Yaron Kauffmann, Leonid Klinger, Eugen Rabkin, Yehonadav Bekenstein. Self‐Healing of Crystal Voids in Double Perovskite Nanocrystals Is Related to Surface Passivation. Advanced Functional Materials, 2021; 2110421 DOI: 10.1002/adfm.202110421 Technion-Israel Institute of Technology. “Self-healing nanomaterials usable in solar panels and other electronic devices.” ScienceDaily. www.sciencedaily.com/releases/2022/01/220103104609.htm (accessed January 4, 2022).
