Ny metod för att odla nanoplatetter kan låsa upp bättre elektronik

En grupp forskare har precis presenterat en detaljerad studie som undersöker en ny metod för att odla nanoplatetter med potential att avsevärt förbättra elektronik. Metoden kräver mindre energi och kostar mindre samt ger större konsistens än de nuvarande processerna. Här är allt du behöver veta.

CsPbBr3-nanoplatetter

Nanoplatetter är mikroskopiska tunna blad av material. Dessa blad kan användas för flera ändamål beroende på materialet och dess egenskaper. Idag kan du hitta dessa enheter i många av dina viktigaste sensorer, lysdioder och till och med solpaneler. Deras omfattande användning beror på materialens ferroelectriska egenskaper som uppvisas av vissa varianter.
Speciellt kan ferroelectriska material behålla sin polarisation som kan växlas när spänning detekteras. På så sätt spelar de en viktig roll i många av dagens högteknologiska strukturer. Det finns dock vissa nackdelar med de nuvarande metoderna som används för att skapa dessa hjälpsamma mikrokrystaller.

Problem med nuvarande CsPbBr3-nanoplatetter

Flera problem har begränsat användningen av CsPbBr3-nanoplatetter; huvudproblemet med dagens tillverkningsprocesser är att de är mycket dyra. Att skapa högkvalitativa CsPbBr3-kristaller kräver höga temperaturer och specialutrustning och kan inte på ett pålitligt sätt producera större, mer användbara kristaller. Genom att erkänna dessa brister föreslog teamet en ny teknik för att skapa den kristall som behövs för att tillverka stora, pålitliga CsPbBr3-nanoplatetter.

Studie om CsPbBr3-nanoplatetter

Studien med titeln “Near Room Temperature Solvothermal Growth of Ferroelectric CsPbBr3 Nanoplatelets with Ultralow Dark Current” publicerades i den vetenskapliga tidskriften Advanced Materials den här månaden. Den förklarar hur ingenjörer kunde använda en ny lösningsbaserad metod för att förbättra tillförlitlighet, sänka kostnader och öka storleken på de kristaller de kunde skapa konsekvent.

Solvotermal syntes

Teamets nya metod för att skapa kristaller bygger på en process som kallas solvotermal syntes. I denna tillverkningsprocess används en föregångskemikalie för att underlätta kristalltillväxten. Lösningen är alkoholbaserad och ger överlägsen löslighet, vilket möjliggör bildandet av större och mer konsistenta nanoplatetter. Det upplösta materialet omformas till ultratunna nanoplattor som bara är några mikrometer tjocka.

Till jämförelse kan mänskligt hår vara mellan 30–80 mikrometer tjockt. Dessa mikroskopiska plattor är den idealiska tillsatsen till avancerad elektronik som kräver lätta och pålitliga material som kan massproduceras kostnadseffektivt. När teamet hade skapat sina mikroenheter var det dags att testa deras teori.

Tester av CsPbBr3-nanoplatetter

Ingenjörerna genomförde flera tester på CsPbBr3-nanoplatetterna. De började med att testa elektriska egenskaper, sedan ljus, följt av hållbarhet och konsistens. För att säkerställa korrekta resultat användes flera testmetoder.

Piezoresponskraftmikroskopi

En av huvudintressena var de elektriska egenskaperna hos de nya nanoplatetterna. Forskare behövde testa dessa egenskaper för att säkerställa att enheterna hade ledningsförmåga. Specifikt ville de veta hur mycket, hur länge och hur effektivt. Teamet noterade ferroelectricitet i CsPbBr3-kvantprickarna och kunde mäta den specifika mekaniska responsen hos kristallerna över olika elektriska fält.

Andraharmonisk generation

Forskare var också intresserade av ljusupptagning och känsligheten hos dessa enheter. De integrerade tester för andraharmonisk generation för att exakt se vilka ljusfrekvenser kristallerna producerar vid vissa strömmar. Detta test hjälpte teamet att bättre förstå mikrokrystallernas ljusdetekteringsförmåga.

Resultat

Resultaten av teamets arbete talar för sig själva. Nanokristallerna skapades framgångsrikt. Dessutom lyckades de behålla och överträffa tidigare kristallers ferroelectriska egenskaper, vilket betyder att den nya metoden skapade mer energieffektiva och känsliga kristaller.
Testerna visade också att den nya metoden för att odla dessa enheter var framgångsrik. Forskare kunde syntetisera bulkferroelectriska CsPbBr3-kristaller med detta tillvägagångssätt, vilket är en första inom sektorn. Denna förmåga kan revolutionera marknaden genom att möjliggöra för utvecklare att integrera mer känsliga och effektiva sensorer i sin elektronik utan att höja priserna. Specifikt visade testet att de nya mikrokrystallerna är 100 gånger mer effektiva på att upptäcka ljus än sina föregångare.

Fördelar

Det finns flera fördelar som denna forskning ger till marknaden. I åratal har ingenjörer sökt sätt att skapa mer känsliga ljussensorer och lättare enheter. Dessa enheter är avgörande i dagens elektronik, energiproduktion och materialvetenskapsindustrier. Nanoplatetter erbjuder en hållbar lösning för dessa problem eftersom de är små, lätta och, när de tillverkas korrekt, hållbara.

Nära rumstemperatur

En av de största fördelarna som den nya kristallbildningsmetoden introducerar är möjligheten att skapa nanoplatetter vid nästan rumstemperatur. Användningen av lösningsmedel istället för intensiv värme eller strålning öppnar dörren för mindre störande tillverkningsprocesser. Det nya tillvägagångssättet eliminerar behovet av högpresterande utrustning, vilket gör att fler tillverkare kan införa metoden samtidigt som kostnaderna minskar.

Batchkristallskapande

Efterfrågan på nanoplatetter ökar, och denna senaste studie kommer att hjälpa till att möta dessa krav. Att skapa stora batcher av CsPbBr3-nanoplatetter har tidigare visat sig vara svårt. Till exempel stödde de tidiga processerna inte skapandet av kristallbatcher. Detta nya tillvägagångssätt ger enhetlighet i hela tillverkningsprocessen, vilket gör att ingenjörer enkelt kan producera hållbara CsPbBr3-nanoplatetter.

Lägre kostnader

Det är dyrt att skapa nanoplatetter med de nuvarande metoderna. Specialverktyg som kan tåla höga temperaturer på mikronnivå är svåra att använda, begränsade i tillgänglighet och dyra att designa, tillverka, distribuera och underhålla. Genom att använda alkoholbaserade lösningsmedel öppnas många av dessa krav för bredare antagande av denna tillverkningsprocess för nanoplatetter framöver.

Bättre elektriska egenskaper

Lösningsmetoden ger bättre elektrisk ledningsförmåga och polarisation jämfört med tidigare tillverkningstekniker. Dessa egenskaper kan hjälpa ingenjörer att skapa mer effektiva solpaneler, lysdioder och optisk observationsutrustning.

Mindre enheter

En annan viktig anledning till att branschen ser på denna studie med entusiasm är att nanoplatetter är kritiska komponenter i dagens mikroelektronik. Lösningsmetoden underlättar skapandet av små, pålitliga plattor som kan monteras på andra nano- eller mikrorobotar. Dessa mikroskopiska enheter ses av många som framtiden för flera industrier.

Forskare

Studien presenterades av ett team av ingenjörer lett av Gokul Anilkumar, Dr. Rahman, Dr. Goutam Sheet och Prof. Pavan Kumar från IISER, samt Dr. Sooyeon Hwang från Brookhaven National Laboratory. Varje team bidrog med sina specifika färdigheter till projektet, vilket möjliggjorde för gruppen att genomföra en mängd tester över flera spektrar och med de senaste modellerna.

Potentiella tillämpningar

Det finns flera användningsområden för nanoplatetter inom olika industrier. Dessa enheter är avgörande i dagens ekonomi, där de har använts för att skapa starkare material, förhindra spridning av sjukdomar och mycket mer. Här är de främsta potentiella tillämpningarna för teamets CsPbBr3-nanoplatetter.

Ultrasensitiv sensor

Ett av huvudtillämpningarna för denna upptäckt är införandet av ultrasensitiva ljusdetektorer. Dessa sensorer kan inleda en ny era av högpresterande solpaneler som är tillräckligt känsliga för att samla ljus från svaga källor som natthimlen. Om de lyckas skulle solenergi få en stor ökning i tillförlitlighet, effektivitet och storlek, eftersom de nya panelerna kan vara mycket mer effektiva än äldre modeller.
Dessutom kan sensorerna konfigureras för att skapa bättre säkerhets- och övervakningsutrustning. Dessa sensorer kan upptäcka den minsta mängden energi som produceras av ljus, röntgenstrålar eller andra strålkällor. På så sätt kan de göra arbetsplatser säkrare genom att erbjuda mer pålitliga detekteringsmetoder.

Termiskt skydd och hantering

Rymdindustrin har länge använt nanoplatetter för att lösa många av sina materialvetenskapsproblem. Dessa enheter kan hjälpa till med termisk hantering av material under extrema förhållanden. Till exempel kan nanoplatetter användas för att stärka materialprestanda vid inträde eller utträde ur atmosfären. Dessa små enheter kan hjälpa till att fördela eller fokusera värme på viktiga områden utan att öka projektets totala vikt.

Nya material

Plattor spelar en viktig roll i skapandet av nya material för tillverkning. Därför fortsätter ingenjörer att upptäcka nya och mer pålitliga material med hjälp av grafen-nanoplatetter och mer. Dessa enheter har visat överlägsna termiska, mekaniska och elektriska egenskaper. Införandet av dessa senaste nanoplatetter kan inleda en ny era av ultrastarka lätta material.

Hälsovård

Det finns ett växande antal vårdpersonal som vill bekämpa bakterier och sjukdomar på mikronnivå med hjälp av nanoplatetter. Studier har visat att dessa enheter har antibakteriella egenskaper. Därför ser tillverkare nu på denna teknik som ett sätt att minska bakterier och förbättra läkemedelsleveransmetoder. Det finns också vårdpersonal som vill använda nanoplattor som biomimetiska nanobärare. Dessa enheter kan konfigureras för att rikta in sig på specifika organ eller andra områden i kroppen, vilket gör dem till ett idealiskt sätt att leverera mediciner och behandlingar i svåråtkomliga områden.

Två företag som kan dra nytta av studien om CsPbBr3-nanoplatetter

Flera företag kan använda denna studie om CsPbBr3-nanoplatetter för att förbättra sina erbjudanden. Från rymdindustrin till hälsovården är dessa små enheter på väg att revolutionera hur elektronik fungerar. Här är två företag som kan integrera denna teknik omedelbart och se sin resultatökning.

1. Novo Nordisk

Det Danmark-baserade biomedicinska företaget Novo Nordisk är ett utmärkt exempel på ett företag som kan integrera denna uppdaterade tillverkningsprocess för nanoplatetter för att förbättra sina erbjudanden. Företaget startade 1923 och grundades av två bröder, Harald och Thorvald Pedersen. Noterbart är att företaget verkade som två separata företag, Novo och Nordsick, fram till 1989, då de gick samman och skapade dagens Novo Nordisk.

Novo Nordisk är en huvudkonkurrent inom biomedicinska området. Företaget har varit avgörande för att skapa nya behandlingar för några av dagens värsta sjukdomar. Intressant nog var företaget centralt i introduktionen av insulin i behandlingsprocessen. Företaget har flera läkemedel på marknaden, inklusive Levemir, NovoLog, Novolin R, NovoSeven och fler. Dessa behandlingar är mycket populära och har gjort Novo Nordisk till ett av de främsta hälsoföretagen i världen.

Idag har Novo Nordisk kontor i 7 länder globalt och sysselsätter tusentals anställda. Förra året rapporterade företaget 24,31 miljarder dollar i intäkter med en 23 % ettårs totalavkastning. Företagets ständiga engagemang för att hitta nya behandlingar och botemedel, i kombination med denna beprövade historik, gör Novo Nordisk till ett utmärkt tillskott i vilken portfölj som helst.

2. Moderna Inc

MRNA Prisdiagram

Du kanske känner till Moderna eftersom de fick rubriker som en av de främsta forskarna och skaparna bakom COVID‑19‑vaccinet. Företaget gick in på marknaden 2010 och steg snabbt till berömmelse. Noterbart är att företaget ursprungligen hette ModeRNA Therapeutics men bytte namn 2018. Dess grundare inkluderar Noubar B. Afeyan, Robert S. Langer, Jr., Derrick Rossi, Timothy A. Springer och Kenneth R. Chien.

Moderna Inc. (MRNA ) har haft starkt stöd sedan lanseringen. Under sina första kapitalrundor lyckades företaget säkra 2 miljarder dollar från välkända riskkapitalister och vårdgivare. Detta stöd, i kombination med stark forskning, hjälpte företaget att säkra samarbeten med USA:s National Institute of Allergy and Infectious Diseases (NIAID) och Biomedical Advanced Research and Development Authority (BARDA) för att skapa COVID‑19‑vaccinet.

Idag är Moderna en stark aktör på marknaden. Företaget tillverkar fortfarande vacciner och erbjuder behandlingar för autoimmuna sjukdomar, sjukdomar och immuno‑onkologi. De redovisade 20,68 miljarder dollar i intäkter förra året och har för närvarande över 5 000 anställda. Även om Modernas aktie har haft vissa nackdelar, indikerar företagets positionering och starka stöd från myndigheter att det kan finnas betydande uppåtriktad potential i framtiden.

Ny metod för att odla nanoplatetter öppnar dörren

Nanoplatetter är en avgörande komponent i många högteknologiska delar som används i vardagen. Förbättring av dessa enheter kommer att bidra till att skapa nya effektivitetsstandarder på marknaden. Det kommer också att ge ingenjörer fler möjligheter att utveckla enheter som använder mindre energi för att drivas. Av dessa och många andra skäl kan denna studie ha en omvälvande effekt på flera industrier.

Läs om andra spännande nanobots-projekt nu.