'מעבדה אוטונומית' חושפת את הנקודות הקוונטיות הטובות ביותר עבור מכשירים אופטו-אלקטרוניים ופוטוניים - עולם הפיזיקה

מערכת מעבדה אוטונומית חדשה אפשרה לחוקרים לזהות את החומרים בעלי הביצועים הגבוהים ביותר עבור יישומים מסוימים תוך שעות או ימים, בהשוואה לשנים באמצעות טכניקות כימיה רטיבות קונבנציונליות. המערכת, שזכתה לכינוי SmartDope ונוצרה על ידי חוקרים בארה"ב, משתמשת גם בלמידת מכונה כדי לנתח את תוצאות הניסויים. לדברי יוצריו, הוא יכול להאיץ את תהליך הגילוי והפיתוח של חומרים מתקדמים למכשירי אופטו-אלקטרוניקה ופוטוניקה.

בפיתוח SmartDope, צוות בראשות אוניברסיטת צפון קרוליינה מהנדס כימי מילאד אבולהסאני התמקד באתגר ספציפי: איך לסנתז את הנקודות הקוונטיות המסוימות הטובות ביותר בקטגוריה שלהן. ננו-גבישים מוליכים למחצה אלה מכילים זיהומים שהוכנסו במכוון כדי לשנות את המאפיינים האופטיים והפיזיקוכימיים של הנקודות, והם מראים הבטחה רבה למכשירים פוטו-וולטאיים מהדור הבא. נקודות קוונטיות מסוממות יכולות, למשל, לשפר את היעילות של תאים סולאריים אם הן תוכננו להמיר את אור ה-UV השופע של השמש לאורכי גל הנספגים ביעילות רבה יותר על ידי תאים אלה, ולשפר את המרת האנרגיה של היחידה.

הבעיה היא שזה מאתגר לסנתז נקודות קוונטיות באיכות הגבוהה מאוד הנדרשת ליישומים כאלה. זיהוי ה"מתכון" הטוב ביותר לעשות זאת באמצעות טכניקות קונבנציונליות עשוי לקחת 10 שנים של ניסויי מעבדה ממוקדים, מסביר אבולהסאני. "זו הסיבה שפיתחנו את המעבדה האוטונומית שלנו - כך שנוכל לעשות זאת תוך שעות או ימים בלבד", הוא אומר.

מערכת לולאה סגורה

הצעד הראשון בעת ​​שימוש ב-SmartDope הוא לספק למערכת כימיקלים מקדימים ולתת לה מטרה. דוגמה אחת יכולה להיות למצוא את הנקודות הקוונטיות הפרוסקיט המסוימות עם התשואה הקוונטית הגבוהה ביותר - כלומר, זו שמייצרת את המספר הגדול ביותר של פוטונים הנפלטים לכל פוטון שנקלט. לאחר מכן המערכת תפעיל את הניסויים באופן אוטונומי בכור זרימה רציפה, תוך מניפולציה של משתנים כגון כמויות מבשרים, טמפרטורות תגובה וזמני תגובה. זה גם מאפיין את המאפיינים האופטיים של הנקודות הקוונטיות המיוצרות על ידי כל ניסוי באופן אוטומטי, כאשר הנקודות הקוונטיות עוזבות את כור הזרימה.

לאחר מכן, המערכת משתמשת בלמידת מכונה כדי לנתח את התוצאות. בתהליך זה, הוא מעדכן את ההבנה שלו בכימיה של הסינתזה ובוחר איזה ניסוי להפעיל כדי לייעל את התכונות האופטיות של הנקודות הקוונטיות. פעולה זו שנקראת בלולאה סגורה מאפשרת ל-SmartDope לזהות במהירות את הנקודה הקוונטית הטובה ביותר האפשרית.

בעבודה, שאבולהסאני ועמיתיו מתארים בה חומרי אנרגיה מתקדמים, הם חקרו את הדרך הטובה ביותר ליצור נקודות קוונטיות של עופרת הליד פרוסקיט המסוממת בקטיון מתכת. ליתר דיוק, הם ניתחו את הסימום הרב-קטיונים של CsPbCl₃ נקודות קוונטיות תוך שימוש בתהליך סינתזה של "סיר אחד" בטמפרטורה גבוהה.

הודות ל-SmartDope, החוקרים הצליחו לזהות, ביום אחד בלבד של ריצה אוטונומית של הניסויים שלהם, את המתכון הטוב ביותר להכנת נקודות קוונטיות מסוימות שהפיקו תפוקת קוונטית פוטו-לומינסנציה של 158% - כלומר, הנקודות הקוונטיות פלטו בממוצע 1.58 פוטונים לכל פוטון שהם קלטו. השיא הקודם במחלקה זו של חומרים הוא 130%.

"ההשלכות על העבודה הזו הן עמוקות", אומר אבולהסאני עולם הפיזיקה, "במיוחד לאנרגיות מתחדשות. היכולת של SmartDope לזהות ולייעל במהירות חומרים פונקציונליים מתקדמים עבור יישומים כמו מכשירים פוטו-וולטאיים מהדור הבא פותחת אפשרויות חדשות לשיפור היעילות של תאים סולאריים, למשל."

החוקרים משכללים כעת את המערכת שלהם עוד יותר, במטרה "לחקור חומרים חדשים ולהרחיב את היכולות הפיזיות והדיגיטליות שלה כדי להתמודד עם מגוון רחב יותר של אתגרים במדעי הכימיה והחומר", אומר אלבוהסאני. "אנחנו גם שוקלים באופן פעיל שיתוף פעולה עם שותפים בתעשייה כדי ליישם את SmartDope בסביבה אמיתית", הוא מגלה. "המטרה שלנו היא להמשיך ולמנף את הכוח של מעבדות אוטונומיות כדי להניע התקדמות מהירה במדעי הכימיה והחומרים."

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• PlatoESG. פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
• PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/autonomous-laboratory-unearths-the-best-quantum-dots-for-optoelectronic-and-photonic-devices/