Ny metode til at dyrke nanoplader kan åbne op for bedre elektronik

En gruppe forskere har netop offentliggjort en detaljeret undersøgelse, der dykker ned i en ny metode til at dyrke nanoplader, som har potentiale til at forbedre elektronik betydeligt. Metoden kræver mindre energi og omkostninger og giver mere konsistens end de nuværende processer. Her er alt, hvad du behøver at vide.

CsPbBr3 Nanoplatelets

Nanoplader er mikroskopiske tynde ark af materiale. Disse ark kan anvendes til flere formål afhængigt af materialet og dets egenskaber. I dag kan du finde disse enheder i mange af dine vigtigste sensorer, LED’er og endda solpaneler. Deres udbredte anvendelse skyldes materialernes ferroelectric egenskaber, som udvises af visse varianter.

Bemærkelsesværdigt kan ferroelectric materialer opretholde deres polarisation, som kan skiftes, når spænding registreres. Som sådan spiller de en afgørende rolle i mange af nutidens high‑tech strukturer. Der er dog nogle ulemper ved de nuværende metoder, der bruges til at fremstille disse hjælpsomme mikrokrystaller.

Issues with Current CsPbBr3 Nanoplatelets

Flere problemer har begrænset brugen af CsPbBr3‑nanoplader; hovedproblemet med nutidens fremstillingsprocesser er, at de er meget dyre. Produktion af højkvalitets CsPbBr3‑krystaller kræver høje temperaturer og specialudstyr og kan ikke pålideligt skabe større, mere anvendelige krystaller. Efter at have erkendt disse mangler fremlagde teamet en ny teknik til at fremstille den krystal, der er nødvendig for at producere store, pålidelige CsPbBr3‑nanoplader.

CsPbBr3 Nanoplatelets Study

Undersøgelsen med titlen “Near Room Temperature Solvothermal Growth of Ferroelectric CsPbBr3 Nanoplatelets with Ultralow Dark Current” blev offentliggjort i videnskabelige tidsskrift Advanced Materials denne måned. Den forklarer, hvordan ingeniører kunne anvende en ny opløsningsbaseret metode til at forbedre pålideligheden, sænke omkostningerne og øge størrelsen på de krystaller, de kunne fremstille konsekvent.

Solvothermal Synthesis

Teamets nye metode til at fremstille krystaller bygger på en proces kaldet solvotermisk syntese. I denne fremstillingsproces anvendes en forløberkemikalie til at lette væksten af krystaller. Opløsningen er alkoholbaseret og giver overlegen opløselighed, hvilket muliggør dannelse af større og mere konsistente nanoplader. Det opløste materiale omdannes til ultratynde nanoplader, der kun måler mikrometer i tykkelse.

Sammenlignet kan menneskehår variere fra 30 til 80 mikrometer i tykkelse. Disse mikroskopiske plader er den ideelle tilføjelse til avanceret elektronik, der kræver lette og pålidelige materialer, som kan masseproduceres overkommeligt. Da teamet havde fremstillet deres mikroenheder, var det tid til at teste deres teori.

CsPbBr3 Nanoplatelets Tests

Ingeniørerne udførte flere tests på CsPbBr3‑nanopladerne. De startede med at teste elektriske egenskaber, derefter lys, efterfulgt af holdbarhed og konsistens. For at sikre nøjagtige resultater blev der anvendt flere testmetoder.

Piezoresponse Force Microscopy

Et af hovedinteressepunkterne var de elektriske egenskaber ved de nye nanoplader. Forskerne måtte teste disse egenskaber for at sikre, at enhederne havde ledningsevne. Specifikt ønskede de at vide hvor meget, hvor længe og hvilken effektivitet. Teamet observerede ferroelectricitet i CsPbBr3‑kvanteprikker og var i stand til at måle den specifikke mekaniske respons af krystallerne under forskellige elektriske felter.

Second Harmonic Generation

Forskerne var også interesserede i lysopsamling og følsomhed af disse enheder. De integrerede Second Harmonic Generation‑test for præcist at se, hvilke lysfrekvenser krystallerne producerer ved bestemte strømstyrker. Denne test hjalp teamet med bedre at forstå deres mikrokrystallers lysdetekteringskapacitet.

Results

Resultaterne af teamets arbejde taler for sig selv. Nanokrystallerne blev fremstillet med succes. Derudover lykkedes det dem at bevare og overgå de tidligere krystallers ferroelectric egenskaber, hvilket betyder, at den nye metode skabte mere energieffektive og følsomme krystaller.

Testen afslørede også, at den nye metode til at dyrke disse enheder var succesfuld. Forskerne var i stand til at syntetisere bulk ferroelectric CsPbBr3‑krystaller ved hjælp af denne tilgang, hvilket er en første inden for sektoren. Denne evne kan revolutionere markedet ved at gøre det muligt for udviklere at integrere mere følsomme og effektive sensorer i deres elektronik uden at hæve priserne. Specifikt viste testen, at de nye mikrokrystaller er 100 × mere effektive til at opdage lys end deres forgængere.

Benefits

Der er flere fordele, som denne forskning bringer til markedet. I årevis har ingeniører søgt efter måder at skabe mere følsomme lyssensorer og lettere enheder. Disse enheder er afgørende i nutidens elektronik, energiproduktion og materialvidenskabsindustrier. Nanoplader giver en levedygtig løsning på disse udfordringer, fordi de er små, lette og, når de fremstilles korrekt, holdbare.

Near Room Temperature

En af de største fordele ved den nye krystaliseringsmetode er muligheden for at fremstille nanoplader ved næsten stuetemperatur. Brugen af opløsningsmidler i stedet for intens varme eller stråling åbner døren for mindre forstyrrende fremstillingsprocesser. Den nye tilgang eliminerer behovet for højtydende udstyr, hvilket gør det muligt for flere producenter at anvende metoden, samtidig med at omkostningerne reduceres.

Batch Crystal Creation

Efterspørgslen efter nanoplader er stigende, og denne seneste undersøgelse vil hjælpe med at imødekomme dette behov. Produktion af store partier af CsPbBr3‑nanoplader har tidligere vist sig at være vanskelig. For det første understøttede de tidlige processer ikke fremstilling af krystalpartier. Denne nye tilgang giver ensartethed i fremstillingsprocessen, så ingeniører nemt kan producere holdbare CsPbBr3‑nanoplader.

Lower Costs

Det er dyrt at fremstille nanoplader med de nuværende metoder. Specialværktøjer, der kan modstå høje temperaturer på mikronniveau, er svære at anvende, begrænsede i tilgængelighed og dyre at designe, producere, distribuere og vedligeholde. Ved at anvende alkoholbaserede opløsningsmidler åbnes mange af disse krav for bredere adoption af denne fremstillingsproces for nanoplader fremover.

Better Electrical Properties

Opløsningsmetoden giver bedre elektrisk ledningsevne og polarisation sammenlignet med tidligere fremstillingsteknikker. Disse egenskaber kan hjælpe ingeniører med at fremstille mere effektive solpaneler, LED’er og optisk observationsudstyr.

Smaller Devices

En anden væsentlig grund til, at branchen ser på denne undersøgelse med begejstring, er at nanoplader er kritiske komponenter i nutidens mikroelektronik. Opløsningsmetoden gør det lettere at fremstille små, pålidelige plader, som kan monteres på andre nano‑ eller mikrorobotter. Disse mikroskopiske enheder betragtes af mange som fremtiden for flere industrier.

Researchers

Undersøgelsen blev fremlagt af et team af ingeniører ledet af Gokul Anilkumar, Dr. Rahman, Dr. Goutam Sheet og Prof. Pavan Kumar fra IISER samt Dr. Sooyeon Hwang fra Brookhaven National Laboratory. Hvert teammedlem bidrog med sine specifikke færdigheder til projektet, hvilket gjorde det muligt for gruppen at udføre en række tests på tværs af flere spektre ved brug af de nyeste modeller.

Potential Applications

Der er flere anvendelsestilfælde for nanoplader på tværs af industrier. Disse enheder er afgørende i nutidens økonomi, hvor de er blevet brugt til at fremstille stærkere materialer, forhindre spredning af sygdomme og meget mere. Her er de vigtigste potentielle anvendelser af teamets CsPbBr3‑nanoplader.

Ultrasensitive Sensor

Et af de vigtigste anvendelsestilfælde for denne opdagelse er introduktionen af ultra‑følsomme lysdetektorer. Disse sensorer kan indlede en ny æra af højtydende solpaneler, som er følsomme nok til at indfange lys fra svage kilder som nattehimlen. Hvis de lykkes, vil solenergi få et stort løft i pålidelighed, effektivitet og størrelse, da de nye paneler kan være meget mere effektive end ældre modeller.

Derudover kan sensorerne konfigureres til at skabe bedre sikkerheds- og overvågningsudstyr. Disse sensorer kan registrere den mindste mængde energi produceret af lys, røntgenstråler eller andre strålingskilder. Som sådan kan de gøre arbejdspladser sikrere ved at levere mere pålidelige detekteringsmetoder.

Thermal Protection and Management

Luftfartsindustrien har længe brugt nanoplader til at løse mange af sine materialvidenskabelige udfordringer. Disse enheder kan hjælpe med termisk styring af materialer under ekstreme forhold. For eksempel kan nanoplader anvendes til at styrke materialernes ydeevne ved indtræden eller udtræden af atmosfæren. Disse små enheder kan hjælpe med at distribuere eller fokusere varme på nøgleområder uden at øge den samlede vægt af projektet.

New Materials

Plader spiller en afgørende rolle i fremstillingen af nye materialer. Derfor fortsætter ingeniører med at opdage nye og mere pålidelige materialer ved brug af grafen‑nanoplader og lignende. Disse enheder har vist overlegne termiske, mekaniske og elektriske egenskaber. Introduktionen af disse nyeste nanoplader kan indlede en ny æra af ultrastærke letvægtsmaterialer.

Healthcare

Der er et stigende antal sundhedsprofessionelle, der ønsker at bekæmpe bakterier og sygdomme på mikronskala ved hjælp af nanoplader. Studier har vist, at disse enheder har antibakterielle egenskaber. Derfor ser producenter nu på denne teknologi som en måde at reducere bakterier og forbedre lægemiddelleveringsmetoder på. Der er også sundhedsprofessionelle, der ønsker at bruge nanoplader som biomimetiske nanobærere. Disse enheder kan konfigureres til at målrette specifikke organer eller andre områder af kroppen, hvilket gør dem til en ideel metode til at levere medicin og behandlinger i svært tilgængelige områder.

Two Companies that Could Benefit from The CsPbBr3 Nanoplatelets Study

Flere virksomheder kunne bruge denne CsPbBr3‑nanoplader‑undersøgelse til at forbedre deres produkter. Fra luftfart til sundhedssektoren er disse små enheder på vej til at revolutionere, hvordan elektronik fungerer. Her er to virksomheder, der kunne integrere denne teknologi med det samme og se deres bundlinje stige.

1. Novo Nordisk

Denmark-baseret biomedicinsk firma Novo Nordisk er et fremragende eksempel på en virksomhed, der kan integrere denne opdaterede fremstillingsproces for nanoplader for at forbedre sine produkter. Virksomheden blev lanceret i 1923 og grundlagt af to brødre, Harald og Thorvald Pedersen. Bemærkelsesværdigt opererede virksomheden som to separate firmaer, Novo og Nordsick, indtil 1989, hvor de fusionerede og skabte nutidens Novo Nordisk.

Novo Nordisk er en primær konkurrent inden for biomedicinsk område. Virksomheden har spillet en central rolle i at skabe nye behandlinger for nogle af nutidens mest alvorlige sygdomme. Interessant nok var firmaet afgørende i introduktionen af insulin i behandlingsprocessen. Firmaet har flere lægemidler på markedet, herunder Levemir, NovoLog, Novolin R, NovoSeven og flere. Disse behandlinger er meget populære og har gjort Novo Nordisk til en af de førende sundhedsvirksomheder i verden.

I dag har Novo Nordisk kontorer i 7 lande globalt og beskæftiger tusindvis af medarbejdere. Sidste år rapporterede firmaet en omsætning på 24,31 mia. $ med et 23 % 1‑års efterfølgende samlet afkast. Firmaets konstante engagement i at finde nye behandlinger og helbredelser, kombineret med denne dokumenterede historie, gør Novo Nordisk til et fremragende supplement til enhver portefølje.

2. Moderna Inc

MRNA Prisdiagram

Du er måske bekendt med Moderna, da de stod i rampelyset som en af de førende forskere og skabere bag COVID‑19‑vaccinen. Virksomheden gik ind på markedet i 2010 og steg hurtigt til berømmelse. Bemærkelsesværdigt blev virksomheden oprindeligt kaldt ModeRNA Therapeutics, men skiftede navn i 2018. Dens grundlæggere inkluderer Noubar B. Afeyan, Robert S. Langer, Jr., Derrick Rossi, Timothy A. Springer og Kenneth R. Chien.

Moderna Inc. (MRNA ) har haft stærk støtte siden lanceringen. Under de første kapitalrunder lykkedes det virksomheden at sikre 2 mia. $ fra velkendte venturekapitalister og sundhedsudbydere. Denne støtte, kombineret med stærk forskning, hjalp virksomheden med at indgå samarbejde med United States National Institute of Allergy and Infectious Diseases (NIAID) og Biomedical Advanced Research and Development Authority (BARDA) om at skabe COVID‑19‑vaccinen.

I dag er Moderna en stærk konkurrent på markedet. Virksomheden producerer stadig vacciner og tilbyder behandlinger for autoimmune lidelser, sygdomme og immunonkologi. Den rapporterede en omsætning på 20,68 mia. $ sidste år og beskæftiger i øjeblikket over 5 000 fagfolk. Selvom Modernas aktie har oplevet nogle udfordringer, signalerer virksomhedens position og stærke støtte fra regeringsrepræsentanter, at der kan være betydeligt vækstpotentiale i fremtiden.

New Method of Growing Nanoplatelets Opens the Door

Nanoplader er en afgørende komponent i mange high‑tech komponenter, der bruges i hverdagen. Forbedring af disse enheder vil hjælpe med at skabe nye standarder for effektivitet på tværs af markedet. Det vil også give ingeniører flere muligheder for at udvikle enheder, der bruger mindre energi til at drive dem. Af disse og mange andre grunde kan denne undersøgelse have en omvæltende effekt på tværs af flere industrier.

Lær mere om andre spændende nanobot-projekter nu.