Ny metode for å dyrke nanoplater kan låse opp bedre elektronikk

En gruppe forskere har nettopp avdekket en detaljert studie som undersøker en ny metode for å dyrke nanoplater som har potensial til å betydelig forbedre elektronikk. Metoden krever mindre energi og kostnader og gir mer konsistens enn de nåværende prosessene. Her er alt du trenger å vite.

CsPbBr3 nanoplater

Nanoplater er mikroskopiske tynne ark av materiale. Disse arkene kan brukes til flere formål avhengig av materialet og dets egenskaper. I dag kan du finne disse enhetene i mange av dine viktigste sensorer, LED-lys og til og med solcellepaneler. Deres omfattende bruk skyldes materialenes ferroelectric‑egenskaper som vises av visse varianter.

Problemer med nåværende CsPbBr3 nanoplater

Flere problemer har begrenset bruken av CsPbBr3‑nanoplater; hovedproblemet med dagens produksjonsprosesser er at de er svært kostbare. Å lage høykvalitets CsPbBr3‑krystaller krever høye temperaturer og spesialutstyr og kan ikke pålitelig lage større, mer nyttige krystaller. Etter å ha erkjent disse manglene, foreslo teamet en ny teknikk for å lage krystallen som er nødvendig for å produsere store, pålitelige CsPbBr3‑nanoplater.

CsPbBr3 nanoplater studie

Studien med tittelen “Near Room Temperature Solvothermal Growth of Ferroelectric CsPbBr3 Nanoplatelets with Ultralow Dark Current” ble publisert i vitenskapsjournalen Advanced Materials denne måneden. Den forklarer hvordan ingeniører klarte å bruke en ny løsningsbasert metode for å forbedre pålitelighet, senke kostnader og øke størrelsen på krystallene de kunne lage konsekvent.

Solvotermisk syntese

Teamets nye metode for å lage krystaller baserer seg på en prosess kalt solvotermisk syntese. I denne produksjonsprosessen brukes en forløpskjemikalie for å legge til rette for krystallvekst. Løsningen er alkoholbasert og gir overlegen løselighet, noe som gjør det mulig å danne større og mer konsistente nanoplater. Det oppløste materialet omdannes til ultratynne nanoplater som kun måler mikrometer i tykkelse.

Til sammenligning kan menneskehår variere fra 30 til 80 mikrometer i tykkelse. Disse mikroskopiske platene er den ideelle tillegget til avansert elektronikk som krever lettvektige og pålitelige materialer som kan masseproduseres rimelig. Når teamet hadde laget sine mikroenheter, var det på tide å teste teorien deres.

CsPbBr3 nanoplater tester

Ingeniørene gjennomførte flere tester på CsPbBr3‑nanoplater. De begynte med å teste elektriske egenskaper, deretter lys, etterfulgt av holdbarhet og konsistens. For å sikre nøyaktige resultater ble flere testmetoder brukt.

Piezoresponse Force Microscopy

Et av hovedinteressepunktene var de elektriske egenskapene til de nye nanoplater. Forskerne måtte teste disse egenskapene for å sikre at enhetene hadde ledningsevne. Spesielt ønsket de å vite hvor mye, hvor lenge og hvilken effektivitet. Teamet observerte ferroelectricitet i CsPbBr3‑kvantedråper og klarte å måle den spesifikke mekaniske responsen til krystallene over ulike elektriske felt.

Second Harmonic Generation

Forskerne var også interessert i lysfangst og følsomhet til disse enhetene. De integrerte testing av Second Harmonic Generation for å se nøyaktig hvilke lysfrekvenser krystallene produserer ved bestemte strømstyrker. Denne testen hjalp teamet med å bedre forstå lysdeteksjonsevnen til deres mikrokristaller.

Resultater

Resultatene av teamets arbeid taler for seg selv. Nanokristallene ble opprettet med suksess. I tillegg lyktes de i å beholde og overgå tidligere krystallers ferroelectric‑egenskaper, noe som betyr at den nye metoden skapte mer energieffektive og følsomme krystaller.
Testingen avdekket også at den nye metoden for å dyrke disse enhetene var vellykket. Forskerne klarte å syntetisere bulk ferroelectric CsPbBr3‑krystaller ved hjelp av denne tilnærmingen, noe som er en første i sektoren. Denne evnen kan revolusjonere markedet ved å gjøre det mulig for utviklere å integrere mer følsomme og effektive sensorer i sin elektronikk uten å øke prisene. Spesielt viste testen at de nye mikrokristallene er 100 ganger mer effektive til å oppdage lys enn sine forgjengere.

Fordeler

Det er flere fordeler som denne forskningen bringer til markedet. I flere år har ingeniører søkt etter måter å lage mer følsomme lyssensorer og lettere enheter. Disse enhetene er avgjørende i dagens elektronikk, energiproduksjon og materialvitenskap. Nanoplater gir en levedyktig løsning på disse problemene fordi de er små, lette og, når de er laget riktig, holdbare.

Nær romtemperatur

En av de største fordelene den nye krystallformingsmetoden introduserer er muligheten til å lage nanoplater ved nesten romtemperatur. Bruken av løsningsmidler i stedet for intens varme eller stråling åpner døren for mindre forstyrrende produksjonsprosesser. Den nye tilnærmingen eliminerer behovet for høyytelsesutstyr, noe som gjør det mulig for flere produsenter å innføre metodene samtidig som kostnadene reduseres.

Batch krystallproduksjon

Etterspørselen etter nanoplater øker, og denne siste studien vil bidra til å møte disse kravene. Å lage store partier av CsPbBr3‑nanoplater har vist seg å være vanskelig tidligere. For det første støttet de tidlige prosessene ikke produksjon av krystallpartier. Denne nye tilnærmingen gir ensartethet gjennom produksjonsprosessen, slik at ingeniører enkelt kan produsere holdbare CsPbBr3‑nanoplater.

Lavere kostnader

Det er kostbart å lage nanoplater med de nåværende metodene. Spesialverktøy som kan tåle høye temperaturer på mikronnivå er vanskelige å bruke, begrenset tilgjengelige, og dyre å designe, produsere, distribuere og vedlikeholde. Ved å bruke alkoholbaserte løsningsmidler åpnes mange av disse kravene for bred adopsjon av denne nanoplater‑produksjonsprosessen fremover.

Bedre elektriske egenskaper

Løsningsmetoden gir bedre elektrisk ledningsevne og polarisering sammenlignet med tidligere produksjonsteknikker. Disse egenskapene kan hjelpe ingeniører med å lage mer effektive solcellepaneler, LED‑lys og optisk observasjonsutstyr.

Mindre enheter

En annen viktig grunn til at industrien ser på denne studien med begeistring, er at nanoplater er kritiske komponenter i dagens mikroelektronikk. Løsningsmetoden gjør det enklere å lage små, pålitelige plater som kan festes på andre nano‑ eller mikroroboter. Disse mikroskopiske enhetene blir av mange sett på som fremtiden for flere industrier.

Forskere

Studien ble presentert av et team av ingeniører ledet av Gokul Anilkumar, Dr. Rahman  Dr. Goutam Sheet, og Prof. Pavan Kumar fra IISER, samt Dr. Sooyeon Hwang fra Brookhaven National Laboratory. Hvert team bidro med sine spesifikke ferdigheter til prosjektet, noe som gjorde det mulig for gruppen å utføre en rekke tester på tvers av flere spektrer og ved bruk av de nyeste modellene.

Potensielle anvendelser

Det finnes flere bruksområder for nanoplater på tvers av industrier. Disse enhetene er avgjørende i dagens økonomi, hvor de har blitt brukt til å lage sterkere materialer, forhindre spredning av sykdommer, og mye mer. Her er de viktigste potensielle anvendelsene for teamets CsPbBr3‑nanoplater.

Ultrasensitiv sensor

Et av hovedbruksområdene for denne oppdagelsen er innføringen av ultrasensitive lytdetektorer. Disse sensorene kan innlede en ny æra med høyytelses solcellepaneler som er følsomme nok til å samle lys fra svake kilder som nattehimmelen. Hvis de lykkes, vil solenergi få et stort løft i pålitelighet, effektivitet og størrelse, ettersom de nye panelene kan være mye mer effektive enn eldre modeller.
I tillegg kan sensorene settes opp for å lage bedre sikkerhets‑ og overvåkingsutstyr. Disse sensorene kan oppdage den minste mengde energi som produseres av lys, røntgenstråler eller andre strålingskilder. Dermed kan de gjøre arbeidsplasser tryggere ved å tilby mer pålitelige deteksjonsmetoder.

Termisk beskyttelse og styring

Luftfartsindustrien har lenge brukt nanoplater for å løse mange av sine materialvitenskapelige utfordringer. Disse enhetene kan bidra til termisk styring av materialer under ekstreme forhold. For eksempel kan nanoplater brukes til å styrke materialytelsen ved inn‑ eller utgang fra atmosfæren. Disse små enhetene kan hjelpe med å distribuere eller fokusere varme på nøkkelområder uten å legge til ekstra vekt på prosjektet.

Nye materialer

Plater spiller en viktig rolle i skapelsen av nye materialer for produksjon. Som sådan fortsetter ingeniører å oppdage nye og mer pålitelige materialer ved bruk av grafen‑nanoplater og mer. Disse enhetene har vist overlegne termiske, mekaniske og elektriske egenskaper. Introduksjonen av disse nyeste nanoplater kan innlede en ny æra med ultrastyrke, lettvektige materialer.

Helsevesen

Det er et økende antall helsepersonell som ønsker å bekjempe bakterier og sykdommer på mikronnivå ved bruk av nanoplater. Studier har vist at disse enhetene har antibakterielle egenskaper. Som sådan ser produsenter nå på denne teknologien som en måte å redusere bakterier og forbedre legemiddelleveringsmetoder. Det finnes også helsepersonell som ønsker å bruke nanoplater som biomimetiske nanobærere. Disse enhetene kan settes opp for å målrette spesifikke organer eller andre områder i kroppen, noe som gjør dem til en ideell måte å levere medisiner og behandlinger i vanskelig tilgjengelige områder.

To selskaper som kan ha nytte av CsPbBr3 nanoplater‑studien

Flere selskaper kan bruke denne CsPbBr3‑nanoplater‑studien for å forbedre sine tilbud. Fra luftfart til helsevesen, disse små enhetene er klare til å revolusjonere hvordan elektronikk fungerer. Her er to selskaper som kan integrere denne teknologien umiddelbart og se sin bunnlinje øke.

1. Novo Nordisk

Det Danmark‑baserte biomedisinske selskapet Novo Nordisk er et fremragende eksempel på et selskap som kan integrere denne oppdaterte produksjonsprosessen for nanoplater for å forbedre sine tilbud. Selskapet ble lansert i 1923 og ble grunnlagt av to brødre, Harald og Thorvald Pedersen. Merk at selskapet opererte som to separate firmaer, Novo og Nordsick, frem til 1989, da de fusjonerte og skapte dagens Novo Nordisk.

Novo Nordisk er en hovedkonkurrent innen biomedisin. Selskapet har vært avgjørende i å skape nye behandlinger for noen av dagens verste sykdommer. Interessant nok var firmaet sentralt i innføringen av insulin i behandlingsprosessen. Firmaet har flere legemidler på markedet, inkludert  Levemir, NovoLog, Novolin R, NovoSeven, og mer. Disse behandlingene er svært populære og har gjort Nova Nordsick til et av de ledende helsevesen‑selskapene i verden.

I dag har Novo Nordisk kontorer i 7 land globalt og sysselsetter tusenvis av ansatte. I fjor rapporterte selskapet $24,31 milliarder i inntekter med en  23 % 1‑års etterfølgende totalavkastning. Selskapets konstante engasjement for å finne nye behandlinger og kur, kombinert med denne dokumenterte historien, gjør Novo Nordisk til et fremragende tillegg til enhver portefølje.

2. Moderna Inc

MRNA Prisdiagram

Du kjenner kanskje Moderna fra at de fikk overskrifter som en av de ledende forskerne og skaperne bak COVID‑19‑vaksinen. Selskapet gikk inn i markedet i 2010 og steg raskt til berømmelse. Merk at selskapet opprinnelig het ModeRNA Therapeutics, men endret navn i 2018. Grunnleggerne inkluderer Noubar B. Afeyan, Robert S. Langer, Jr., Derrick Rossi, Timothy A. Springer, og Kenneth R. Chien.

Moderna Inc. (MRNA ) har hatt sterk støtte siden lanseringen. I sine første kapitalinnhentingsrunder klarte selskapet å sikre $2 milliarder fra kjente venturekapitalister og helseleverandører. Denne støtten, kombinert med sterk forskning, hjalp selskapet med å sikre samarbeid med United States National Institute of Allergy and Infectious Diseases (NIAID) og Biomedical Advanced Research and Development Authority (BARDA) for å lage COVID‑19‑vaksinen.

I dag er Moderna en sterk aktør i markedet. Selskapet produserer fortsatt vaksiner og tilbyr behandlinger for autoimmune lidelser, sykdommer og immuno‑onkologi tjenester. Det rapporterte $20,68 milliarder i inntekter i fjor og sysselsetter nå over 5 000 fagfolk. Selv om Modernas aksje har opplevd noen nedturer, signaliserer selskapets posisjonering og sterke støtte fra offentlige tjenestemenn at det kan være betydelig oppsidepotensial i fremtiden.

Ny metode for å dyrke nanoplater åpner døren

Nanoplater er en avgjørende komponent i mange høyteknologiske enheter som brukes i hverdagen. Å forbedre disse enhetene vil bidra til å skape nye standarder for effektivitet på tvers av markedet. Det vil også gi ingeniører flere muligheter til å utvikle enheter som bruker mindre energi. Av disse og mange andre grunner kan denne studien ha en omveltende effekt på tvers av flere industrier.

Lær om andre kule nanobot‑prosjekter nå.