Notícia

Pesquisadores desenvolvem nanomateriais com autorregeneração, utilizáveis ​​em painéis solares e outros dispositivos eletrônicos

Fonte

Technion | Instituto de Tecnologia de Israel

Data

sexta-feira, 7 janeiro 2022 12:05

Áreas

Energia. Engenharia Ambiental. Nanotecnologia.

O campo dos materiais que conseguem se autorreparar está se expandindo rapidamente, e o que costumava ser ficção científica pode em breve se tornar realidade: cientistas do  Instituto de Tecnologia de Israel (Technion) desenvolveram nanocristais de semicondutores ecológicos capazes de autorregeneração.

As descobertas, publicadas recentemente na revista científica Advanced Functional Materials, descrevem o processo no qual um grupo de materiais chamados perovskitas duplas apresentam propriedades de autorregeneração após serem danificados pela radiação de um feixe de elétrons. As perovskitas, descobertas pela primeira vez em 1839, recentemente chamaram a atenção dos cientistas devido às características eletro-ópticas únicas que as tornam altamente eficientes na conversão de energia, apesar da produção barata. Um esforço especial tem sido aplicado no uso de perovskitas à base de chumbo em células solares altamente eficientes.

O grupo de pesquisa do Dr. Yehonadav Bekenstein, professor da Faculdade de Ciências e Engenharia de Materiais e do Instituto de Estado Sólido do Technion, está procurando alternativas verdes para o chumbo tóxico e perovskitas sem chumbo. A equipe é especializada na síntese de cristais em escala nanométrica para formar novos materiais. Ao controlar a composição, forma e tamanho dos cristais, os pesquisadores mudam as propriedades físicas do material.

Os nanocristais são as menores partículas de material que permanecem naturalmente estáveis. Seu tamanho torna certas propriedades mais pronunciadas e permite abordagens de pesquisa que seriam impossíveis em cristais maiores, como imagens usando microscopia eletrônica para observar como os átomos nos materiais se movem. Esse foi, de fato, o método que possibilitou a descoberta da autorregeneração nas perovskitas sem chumbo.

As nanopartículas de perovskita foram produzidas no laboratório do professor Bekenstein usando um processo curto e simples que envolve o aquecimento do material a 100 °C por alguns minutos. Foi quando os doutorandos Sasha Khalfin e Noam Veber examinaram as partículas usando um microscópio eletrônico de transmissão e descobriram o fenômeno fascinante. O feixe de elétrons de alta voltagem usado por este tipo de microscópio causou falhas e ‘buracos’ nos nanocristais. Os pesquisadores foram então capazes de explorar como esses ‘buracos’ interagem com o material ao seu redor e se movem e se transformam dentro dele.

Os pesquisadores observaram que os orifícios se moviam livremente dentro do nanocristal, mas evitavam suas bordas. Então, desenvolveram um código que analisou dezenas de vídeos feitos com o microscópio eletrônico para entender a dinâmica do movimento dentro do cristal. Eles descobriram que buracos se formaram na superfície das nanopartículas e, em seguida, moveram-se para áreas internas energeticamente estáveis. A explicação para o movimento dos ‘buracos’ para dentro foi a hipótese de serem moléculas orgânicas que revestem a superfície dos nanocristais. Depois que essas moléculas orgânicas foram removidas, o grupo descobriu que o cristal ejetou espontaneamente os ‘buracos’ para a superfície e para fora, retornando à sua estrutura original – em outras palavras, o cristal se autorregenerou.

Esta descoberta é um passo importante para a compreensão dos processos que permitem que as nanopartículas de perovskita se autorreparem e abre o caminho para sua incorporação em painéis solares e outros dispositivos eletrônicos.

Acesse o resumo do artigo científico (em inglês).

Acesse a notícia completa na página do Technion (em inglês).

Fonte: Technion. Imagem: Professor Yehonadav Bekenstein, Sasha Khalfin and Noam Veber. Fonte: Rami Shelush.