Javier Vela, científico del Laboratorio Ames del Departamento de Energía de EE. UU. cree mejoras en los procesadores de computadoras, Las pantallas de televisión y las células solares provendrán de los avances científicos en la síntesis de nanomateriales de baja dimensión.

Los científicos del laboratorio Ames son conocidos por su experiencia en la síntesis y fabricación de materiales de diferentes tipos, según Vela, quien también es profesor asociado de química de la Universidad Estatal de Iowa. En muchas instancias, esos nuevos materiales se fabrican a granel, lo que significa micrómetros a centímetros de tamaño. El grupo de Vela está trabajando con tiny, nanómetro o una mil millonésima parte de un metro de tamaño, nanocristales.

"Estamos tratando de averiguar qué sucede con los materiales cuando pasamos a tamaños de partículas más bajos, ¿Se mejorarán los materiales o se verán afectados negativamente? ¿O encontraremos propiedades que no se esperaban? ", Dijo Vela." Nuestro objetivo es ampliar la ciencia de los nanomateriales de baja dimensión ". En un artículo invitado publicado en Química de Materiales intitulado, "Desarrollo sintético de materiales de baja dimensión", Vela y coautores Long Men, Miles White, Himashi Andaraarachchi, y Bryan Rosales discutieron los aspectos más destacados de algunos de sus trabajos más recientes sobre la síntesis de materiales de baja dimensión.

Uno de esos temas fueron los avances en la síntesis de nanocristales núcleo-capa a base de germanio. Vela dice que la industria está muy interesada en tecnologías basadas en nanocristales semiconductores para aplicaciones como las células solares.

El tamaño de partícula pequeño puede afectar muchas cosas, desde las propiedades de transporte (qué tan bien un nanocristal conduce el calor y la electricidad) hasta las propiedades ópticas (qué tan fuerte interactúa con la luz, absorbe luz y emite luz). Esto es especialmente cierto en las células solares fotovoltaicas "Supongamos que está utilizando un material semiconductor para hacer un dispositivo solar, a menudo hay un rendimiento diferente cuando las células solares se fabrican con materiales a granel en comparación con cuando se fabrican con nanomateriales. Los nanomateriales interactúan con la luz de manera diferente; lo absorben mejor. Esa es una forma de manipular dispositivos y ajustar su rendimiento o eficiencia de conversión de energía. "dijo Vela.

Más allá de las células solares, Vela dice que hay un gran interés en el uso de nanocristales en televisores de puntos cuánticos y pantallas de computadora, dispositivos ópticos como LED (diodos emisores de luz), imágenes biológicas, y telecomunicaciones.

Él dice que hay muchos desafíos en esta área porque, dependiendo de la calidad de los nanocristales utilizados, puedes ver diferentes propiedades de emisión, que puede afectar la pureza de la luz. "En última instancia, el tamaño de los nanocristales que se utilizan puede marcar una gran diferencia en la limpieza o nitidez de los colores en las pantallas de TV y computadoras, ", dijo Vela." La tecnología informática y de televisión es un negocio multimillonario en todo el mundo, para que pueda ver el valor potencial que nuestra comprensión de las propiedades de los nanocristales podría aportar a estas tecnologías ".

En el papel, El grupo de Vela también discutió los avances realizados en el estudio de la síntesis y caracterización espectroscópica de perovskitas de haluros de organoplomo, que, según Vela, son algunos de los semiconductores más prometedores para células solares debido a su bajo costo y facilidad de procesamiento. Añade que la energía fotovoltaica fabricada con estos materiales ahora alcanza eficiencias de conversión de energía de más del 22 por ciento. La investigación de Vela en esta área se ha centrado en perovskitas de haluro mixto. Él dice que su grupo ha descubierto que estos materiales exhiben propiedades químicas y fotográficas interesantes que la gente no se había dado cuenta antes. y ahora están tratando de comprender mejor la correlación entre la estructura y la composición química de las perovskitas y cómo se comportan en las células solares. "Uno de nuestros objetivos es utilizar lo que hemos aprendido para ayudar a reducir el costo de las células solares y producirlas de manera más confiable y sencilla. "Dijo Vela.

Además, El grupo de Vela está estudiando cómo reemplazar el plomo en las perovskitas de haluros de organoplomo tradicionales por algo menos tóxico, como el germanio. "En principio, esta es un área que debería ser mucho más conocida, pero no lo es, "dijo Vela." Cuando pudimos sustituir el plomo por germanio, hemos podido producir una perovskita más ligera, que, según él, podría tener un impacto positivo en la industria automotriz, por ejemplo.

"Esto podría tener grandes implicaciones para las aplicaciones de transporte en las que no se desea mucho plomo porque es muy pesado, ", dijo Vela. En el futuro, Vela dice que el enfoque de su grupo estará en el avance de la ciencia en materiales de baja dimensión.

"No estamos trabajando con materiales conocidos, pero el más nuevo; el más recientemente descubierto, ", Dijo Vela." Y cada vez que podemos hacer avanzar la ciencia, estamos un paso más cerca de las oportunidades para una mayor comercialización, más producción, más manufactura y más empleos en los EE. UU. "