基础研究提高了对新光学材料的理解

对新材料合成的研究可能会带来更可持续和环保的产品，例如太阳能电池板和发光二极管(LED)。来自艾姆斯国家实验室和爱荷华州立大学的科学家开发了一种碱土硫属化合物的胶体合成方法。这种方法使他们能够控制材料中纳米晶体的尺寸。他们还能够研究纳米晶体的表面化学，并评估所涉及材料的纯度和光学特性。

碱土硫属化物是一种半导体，越来越受到科学家的关注。它们具有多种可能的应用，例如生物成像、LED和热传感器。这些化合物也可用于制造光学材料，如钙钛矿，将光转化为能量。

根据艾姆斯实验室科学家和爱荷华州立大学约翰·D·科贝特化学教授哈维尔·维拉的说法，这些新材料令人感兴趣的一个原因是，“它们由地球上丰富的生物相容性元素组成，这使得它们成为有利的替代品与更广泛使用的有毒或昂贵的半导体相比。”

Vela解释说，更广泛使用的半导体含有铅或镉，这两种元素都对人类健康和环境有害。此外，科学家用来合成这些材料的最流行的技术涉及固态反应。“这些反应通常发生在极高的温度(高于900°C或1652°F)下，并且需要持续数天到数周的反应时间，”他说。

另一方面，Vela解释说，“溶液相(胶体)化学可以使用低得多(低于300°C或572°F)的温度和更短的反应时间进行。”因此，Vela团队使用的胶体方法合成材料所需的能量和时间更少。

Vela的团队发现，胶体合成方法使他们能够控制纳米晶体的大小。纳米晶体尺寸很重要，因为它决定了某些材料的光学特性。Vela解释说，通过改变粒子的大小，科学家可以影响材料吸收光的能力。“这意味着我们可以通过改变纳米晶体的尺寸来合成更适合特定应用的材料，”他说。

根据Vela的说法，该团队最初的目标是合成半导体碱土硫属化物钙钛矿，因为它们有可能用于太阳能设备。然而，为了实现这一目标，他们需要更深入地了解碱土硫属化物的基本化学。因此，他们选择专注于这些二元材料。

Vela说，他们的研究满足了提高科学家对由地球上丰富的无毒元素制成的光伏、发光和热电材料的理解的需要。他说：“我们希望我们在这个项目上的发展最终有助于合成更复杂的纳米材料，例如碱土硫属化物钙钛矿。”