Cavités cristallines auto-cicatrisantes dans des nanocristaux de pérovskite double


matériau 2D

Crédit : CC0 Domaine Public

Du terminateur au costume Spiderman, il existe de nombreux robots et appareils auto-réparateurs dans les films de science-fiction. En réalité, cependant, l’usure réduit les performances appareils électroniques jusqu’à ce qu’ils doivent être remplacés. Qu’est-ce que l’écran fissuré de votre téléphone portable qui se guérit du jour au lendemain, ou les panneaux solaires qui alimentent les satellites et réparent continuellement les dommages causés par les micrométéorites ?

Le domaine des matériaux auto-cicatrisants se développe rapidement, et ce qui était autrefois de la science-fiction pourrait bientôt devenir une réalité grâce aux scientifiques du Technion de l’Institut israélien de technologie qui ont développé des semi-conducteurs auto-cicatrisants respectueux de l’environnement. Leurs résultats, récemment publiés dans Matériaux fonctionnels avancés, décrivent le processus par lequel un groupe de matériaux appelés pérovskites doubles présentent des propriétés d’auto-guérison après avoir été endommagés par le rayonnement d’un faisceau d’électrons. Découvertes pour la première fois en 1839, les pérovskites ont récemment attiré l’attention des scientifiques en raison de leurs propriétés électro-optiques uniques, qui les rendent très efficaces pour convertir l’énergie malgré leur faible coût de fabrication. Une attention particulière a été accordée à l’utilisation de pérovskites à base de plomb dans des cellules solaires à haut rendement.

Le groupe de recherche du Technion dirigé par le professeur Yehonadav Bekenstein de la Faculté des sciences des matériaux et du Solid-State Institute du Technion recherche des alternatives vertes au plomb toxique et aux pérovskites techniquement sans plomb. L’équipe est spécialisée dans la synthèse de cristaux nanométriques de nouveaux matériaux. En contrôlant la composition, la forme et la taille des cristaux, ils modifient les propriétés physiques du matériau.

Les nanocristaux sont les plus petites particules matérielles qui restent naturellement stables. Leur taille améliore certaines propriétés et permet des recherches qui seraient impossibles sur des cristaux plus gros, comme la microscopie électronique pour voir comment les atomes se déplacent dans les matériaux. En effet, c’est cette méthode qui a permis la découverte de l’autoréparation dans les pérovskites sans plomb.

Les nanoparticules de ont été fabriquées dans le laboratoire du professeur Bekenstein selon un processus court et simple dans lequel le matériau est chauffé à 100 ° C pendant quelques minutes. Si Ph.D. Les étudiants Sasha Khalfin et Noam Veber ont examiné les particules avec un microscope électronique à transmission, ils ont découvert le phénomène passionnant. Le faisceau d’électrons à haute tension utilisé par ce type de microscope a créé des défauts et des trous dans les nanocristaux. Les chercheurs ont ensuite pu étudier comment ces trous interagissent avec, se déplacent et se transforment dans le matériau qui les entoure.

Ils ont vu que les trous dans le nanocristal se déplaçaient librement mais évitaient ses bords. Les chercheurs ont développé un code qui a analysé des dizaines de vidéos enregistrées au microscope électronique pour comprendre la dynamique du mouvement à l’intérieur du cristal. Ils ont découvert que des trous se formaient à la des nanoparticules, puis se déplaçaient vers des zones énergétiquement stables à l’intérieur. La raison du mouvement vers l’intérieur des trous était soupçonnée d’être des molécules organiques qui recouvrent la surface des nanocristaux. Après que ces molécules organiques aient été retirées, le groupe a découvert que le cristal projetait spontanément les trous à la surface et revenait en arrière, revenant à sa structure primitive d’origine – en d’autres termes, la croûte s’est réparée.

Cette découverte est une étape importante dans la compréhension des processus qui permettent aux nanoparticules de pérovskite de se guérir et ouvre la voie à leur incorporation dans les panneaux solaires et autres appareils électroniques.


Les scientifiques créent des matériaux stables pour des cellules solaires plus efficaces


Plus d’information:
Sasha Khalfin et al., L’auto-guérison des vides cristallins dans les doubles nanocristaux de pérovskite est liée à la passivation de surface, Matériaux fonctionnels avancés (2021). DOI : 10.1002 / adfm.202110421

Fourni par Technion – Institut de technologie d’Israël

Devis: Self-healing crystal cavities in double perovskite nanocrystals (2022, 3 janvier), consulté le 3 janvier 2022 sur https://phys.org/news/2022-01-selfhealing-crystal-voids-perovskite-nanocrystal.html

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