"Autonoomne labor" kaevab välja optoelektrooniliste ja fotooniliste seadmete parimad kvantpunktid – Physics World

Uus autonoomne laborisüsteem on võimaldanud teadlastel tuvastada kõige tõhusamad materjalid teatud rakenduste jaoks mõne tunni või päeva jooksul, võrreldes aastatega, kasutades tavapäraseid märgkeemia meetodeid. USA teadlaste välja töötatud süsteem, mis kannab nime SmartDope, kasutab katsete tulemuste analüüsimiseks ka masinõpet. Selle loojate sõnul võib see kiirendada optoelektroonika ja fotoonikaseadmete täiustatud materjalide avastamist ja väljatöötamist.

SmartDope’i arendamisel meeskond, mille juhiks Põhja-Carolina osariigi ülikool keemiainsener Milad Abolhasani keskendus konkreetsele väljakutsele: kuidas sünteesida oma klassi parimaid legeeritud kvantpunkte. Need pooljuhtide nanokristallid sisaldavad lisandeid, mis on teadlikult lisatud punktide optiliste ja füüsikalis-keemiliste omaduste muutmiseks, ning need näitavad palju lubadusi järgmise põlvkonna fotogalvaaniliste seadmete jaoks. Legeeritud kvantpunktid võivad näiteks parandada päikesepatareide tõhusust, kui need on konstrueeritud Päikese rohke UV-valguse muundamiseks lainepikkusteks, mida need rakud tõhusamalt neelavad, suurendades üksuse energia muundamist.

Probleem on selles, et selliste rakenduste jaoks vajaliku väga kõrge kvaliteediga kvantpunktide sünteesimine on keeruline. Abolhasani selgitab, et parima "retsepti" väljaselgitamine tavapäraste tehnikate abil võib võtta 10 aastat keskendunud laborikatseid. "See on põhjus, miks me töötasime välja oma autonoomse labori, nii et saaksime seda teha vaid tundide või päevadega," ütleb ta.

Suletud ahelaga süsteem

Esimene samm SmartDope'i kasutamisel on varustada süsteem lähtekemikaalidega ja anda sellele eesmärk. Üks näide võib olla kõige suurema kvantsaagisega legeeritud perovskiidist kvantpunktide leidmine, st see, mis tekitab ühe neeldunud footoni kohta kõige rohkem kiirgavaid footoneid. Seejärel teostab süsteem katseid autonoomselt pideva vooluga reaktoris, manipuleerides selliste muutujatega nagu lähteainete kogused, reaktsioonitemperatuurid ja reaktsiooniajad. Samuti iseloomustab see automaatselt iga katse käigus tekkivate kvantpunktide optilisi omadusi, kuna kvantpunktid lahkuvad voolureaktorist.

Seejärel kasutab süsteem tulemuste analüüsimiseks masinõpet. Selle käigus värskendab see oma arusaama sünteesikeemiast ja valib, millist katset järgmisena käivitada, et optimeerida kvantpunktide optilisi omadusi. See niinimetatud suletud ahelaga operatsioon võimaldab SmartDope'il kiiresti tuvastada parima võimaliku kvantpunkti.

Töös, mida Abolhasani ja kolleegid kirjeldavad Täiustatud energiamaterjalid, nad uurisid parimat viisi metallikatioonidega legeeritud pliihalogeniidi perovskiidist kvantpunktide valmistamiseks. Täpsemalt analüüsisid nad CsPbCl mitme katiooni dopingut₃ kvantpunktid, kasutades "ühe poti" kõrgtemperatuurilist sünteesiprotsessi.

Tänu SmartDope'ile suutsid teadlased oma katseid vaid ühe päeva jooksul iseseisvalt läbi viia parima retsepti legeeritud kvantpunktide valmistamiseks, mis andsid 158%-lise fotoluminestsentsi kvantsaagise – see tähendab, et kvantpunktid kiirgasid keskmiselt 1.58 footoneid iga neeldunud footoni kohta. Varasem rekord selles materjaliklassis on 130%.

"Selle töö tagajärjed on sügavad, " ütleb Abolhasani Füüsika maailm, “eriti taastuvenergia puhul. SmartDope'i võime kiiresti tuvastada ja optimeerida täiustatud funktsionaalseid materjale selliste rakenduste jaoks nagu järgmise põlvkonna fotogalvaanilised seadmed avab uusi võimalusi näiteks päikesepatareide tõhususe parandamiseks.

Teadlased täiustavad nüüd oma süsteemi veelgi, eesmärgiga "uurida uusi materjale ning laiendada selle füüsilisi ja digitaalseid võimalusi, et lahendada keemia- ja materjaliteaduste laiemat hulka väljakutseid", ütleb Albohasani. "Samuti kaalume aktiivselt koostööd tööstuspartneritega, et rakendada SmartDope'i reaalsetes seadetes," paljastab ta. "Meie eesmärk on jätkata autonoomsete laborite võimsuse kasutamist keemia- ja materjaliteaduste kiireks arenguks."

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• PlatoData.Network Vertikaalne generatiivne Ai. Jõustage ennast. Juurdepääs siia.
• PlatoAiStream. Web3 luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• PlatoESG. Süsinik, CleanTech, Energia, Keskkond päikeseenergia, Jäätmekäitluse. Juurdepääs siia.
• PlatoTervis. Biotehnoloogia ja kliiniliste uuringute luureandmed. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/autonomous-laboratory-unearths-the-best-quantum-dots-for-optoelectronic-and-photonic-devices/