北卡罗莱纳州立大学的研究人员(数控状态)已经开发出一种新型机器人材料加速平台(MAP),名叫RoboMapper,可以快速合成并打印新的半导体材料。
RoboMapper平台的示范,在杂志上发表事,研究人员还报告发现一批新的合金,有可能超越传统的硅太阳能电池发电时的光。
自动化材料科学实验
半导体是一个重要方面,今天的现代技术,支撑从电子产品运输到清洁能源。发展广泛的新型半导体材料的一个关键的方法进一步材料科学家希望这些进步和创造新的技术突破。
但是传统的材料研究是很棘手的。尽管试图自动化什么可以被认为是“流水线”,研究人员准备一个新的样品和发送它通过多种不同的工具进行分析,当前工作流仍很漫长。一次,必须放置样品,和校准对齐,在发送之前通过一系列不同的分析工具来收集相关数据。
什么是半导体?
可以认为是一种半导体材料,进行电力比绝缘体(如橡胶),但低于纯导体(如铜线)。通过引入不同的杂质半导体——通过这一过程称为“兴奋剂”——可以调整半导体的电导率来满足他们需要的应用程序。
半导体已经发现大量的行业广泛使用。许多半导体材料也显示,而小说性质,如光或热做出反应的能力,这使得它们对能量转换有用。半导体也是计算机行业的重要组成部分,他们是用来控制电流的流动通过复杂的电子电路。
为了改善当前地图系统,研究数控国家寻求发展一种新型的机器人平台,可以一次准备几十个半导体样品,进行测试。他们建造了叫做RoboMapper平台。
“RoboMapper使我们更快地进行材料测试,同时也减少了成本和能源开销,使整个过程更可持续,”说研究报告的作者亚兰Amassian、材料科学与工程教授数控状态。
“RoboMapper也自动化这个过程,但地方几十个样品在每个芯片的小型化现代印刷材料样品的帮助下,“Amassian解释。“它仍然执行数据收集过程的每一步,但它为多个并行材料,节省时间和精力。”
新型钙钛矿材料的必要性
新事论文着重于一个概念验证研究,旨在演示RoboMapper的效用在分析大量的钙钛矿材料样本。
钙钛矿是家庭与一个非常具体的晶体结构材料;一个显示不同的纳米技术应用潜力巨大。
在这里,钙钛矿感兴趣的工作在能源部门比硅吸收光。这意味着太阳能电池(扩展,全尺寸的太阳能电池板)制成的钙钛矿比传统的硅太阳能电池可以更薄、更轻,没有任何有害影响细胞的能力将光转化为电能。
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免费订阅然而,在一个陌生的命运的转折,钙钛矿材料有一个大问题。他们倾向于强光下相当不稳定。
“基本上,我们面临的挑战是钙钛矿材料往往会降低曝光时,失去的属性使他们理想的首先,“Amassian说。“我们寻求工程师这些材料使他们稳定——这意味着他们保留的属性很长一段时间,即使暴露在光。”
RoboMapper发现新材料的太阳能电池
在新的研究中,研究人员编程RoboMapper合金使用一组定义的元素。平台总共创造了150个独特的合金成分,然后进行光学光谱和x射线结构小型化样品评估。
RoboMapper的测试是针对发现的合金有良好的钙钛矿结构,也有良好的光学和电子特性,需要保持稳定和强光下发电。
这最初的一轮测试后,RoboMapper的结果送入计算机模型来确定一个特定的合金成分,应该最优的物理、光学和电子属性一个太阳能电池。这个理想合金是由RoboMapper和研究人员使用传统技术,在测试之前。
“我们能够快速识别最稳定的钙钛矿合金成分从一组可能的目标带隙使用特定的元素我们自己局限于概念验证工作,“Amassian说。“我们确认的材料使用RoboMapper也被证明是更有效地将光转化为电能的太阳能电池设备。”
“下一步的工作包括在RoboMapper扩大潜在的合金用于测试的范围,“Amassian说。“我们愿意与业界合作伙伴确定光电新材料或其他应用程序。和海军研究办公室的支持下,我们已经使用RoboMapper推进我们的理解的材料对有机太阳能电池和印刷电子产品。”
机器人作为一种环保材料研究方法
除了钙钛矿实验事论文还包括额外的生命周期的环境影响评估,比较使用RoboMapper,与其他自动化地图或手动实验。
研究人员确定,RoboMapper 14倍左右完全手动流程和9倍其他自动程序。尽管使用机器人,RoboMapper也表现良好在生命周期分析成本和节约能源——RoboMapper 18倍能源效率比现有的地图。
“这使得寻找新材料更高效、更具成本效益和更可持续的我们的碳足迹,”说通惠王论文的主要作者、博士生数控状态。“这是近10倍速度比以前的自动化技术。”
“这是非凡的发现描述是温室气体排放的主要来源在材料研究中,“添加环境经济学家露西娅Serrano-Lujan研究的作者之一、Rey Juan Carlos大学的研究员和卡塔赫纳的科技大学。“RoboMapper精简数据收集过程的能力通过将许多材料在同一芯片减少温室气体排放的10倍。”
参考:王,李R, Ardekani H et al。可持续材料加速平台显示稳定、高效的宽禁带金属卤化物钙钛矿合金。事。2023;6:1-24。doi:10.1016 / j.matt.2023.06.040
这篇文章是一个返工的新闻稿北卡罗莱纳州立大学颁发。材料已经编辑的长度和内容。
