28 września 2023 (Wiadomości Nanowerk) Półprzewodniki są sercem niemal każdego urządzenia elektronicznego. Bez półprzewodników nasze komputery nie byłyby w stanie przetwarzać i przechowywać danych; i żarówki LED (diody elektroluminescencyjne) utraciłyby zdolność świecenia. Jednak produkcja półprzewodników wymaga dużo energii. Formowanie materiałów półprzewodnikowych z piasku (tlenku krzemu) zużywa znaczną ilość energii cieplnej w palących temperaturach sięgających około 2,700 stopni Fahrenheita. A proces oczyszczania i montażu wszystkich surowców potrzebnych do wytworzenia półprzewodnika może zająć tygodnie, jeśli nie miesiące. Nowy materiał półprzewodnikowy zwany „atramentem wieloelementowym” może sprawić, że proces ten będzie znacznie mniej chłonny i bardziej zrównoważony. Opracowany przez naukowców z Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) i UC Berkeley „atrament wieloelementowy” to pierwszy półprzewodnik o „wysokiej entropii”, który można przetwarzać w niskiej temperaturze lub temperaturze pokojowej. O przełomie doniesiono niedawno w czasopiśmie Natura („Pojedyncze kryształy perowskitu halogenkowego o wysokiej entropii stabilizowane łagodną chemią”).
Obraz płytek krzemowych. Naukowcy z Berkeley Lab opracowali „atrament wieloelementowy” – nowy materiał półprzewodnikowy, który może umożliwić bardziej zrównoważone podejście do produkcji mikroelektroniki. W przeciwieństwie do krzemu, atrament wieloelementowy można przetwarzać w temperaturze pokojowej. (Zdjęcie: kynny/iStock) „Tradycyjny sposób wytwarzania urządzeń półprzewodnikowych jest energochłonny i stanowi jedno z głównych źródeł emisji dwutlenku węgla” – powiedział Peidong Yang, główny autor badania. Yang jest starszym pracownikiem naukowym w Wydziale Nauk o Materiałach w Berkeley Lab oraz profesorem chemii, inżynierii i inżynierii materiałowej na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley. „Nasza nowa metoda wytwarzania półprzewodników może utorować drogę bardziej zrównoważonemu przemysłowi półprzewodników”. W postępie wykorzystano dwie unikalne rodziny materiałów półprzewodnikowych: twarde stopy wykonane z półprzewodników o wysokiej entropii; oraz miękki, elastyczny materiał wykonany z krystalicznego halogenku perowskity. Materiały o wysokiej entropii to ciała stałe składające się z pięciu lub więcej różnych pierwiastków chemicznych, które samoorganizują się w niemal równych proporcjach w jeden układ. Przez wiele lat badacze chcieli wykorzystać materiały o wysokiej entropii do opracowania materiałów półprzewodnikowych, które samoorganizują się przy minimalnym wkładzie energii. „Jednak półprzewodniki o wysokiej entropii nie były badane w niemal takim samym stopniu. Nasza praca może pomóc w znaczącym wypełnieniu tej luki w rozumieniu” – powiedział Yuxin Jiang, współpierwszy autor i doktorant w grupie Peidong Yang w Wydziale Nauk o Materiałach laboratorium Berkeley i na wydziale chemii na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley.
Fotoluminescencyjny obraz logo California Golden Bears emitowany z pięcioelementowych monokryształów ZrSnTeHfPt pod wzbudzeniem lampy UV. Kryształy powstały z „atramentu wieloelementowego”. Eksperyment pokazuje potencjał materiału jako urządzenia LED z możliwością dostrajania kolorów. (Zdjęcie: Maria Folgueras, Yuxin Jiang i Peidong Yang, Berkeley Lab) Chociaż konwencjonalne materiały stopowe o wysokiej entropii wymagają do przetworzenia znacznie mniej energii niż krzem do przetworzenia do produkcji, nadal wymagają bardzo wysokich temperatur przekraczających 1000 stopni Celsjusza (lub ponad 1832 stopni Fahrenheita). Zwiększanie skali materiałów o wysokiej entropii do produkcji na skalę przemysłową stanowi wyzwanie ze względu na ogromny nakład energii. Aby pokonać tę przeszkodę, Yang i zespół wykorzystali następnie unikalne właściwości dobrze zbadanego materiału słonecznego, który intryguje badaczy od wielu lat: perowskitów halogenkowych. Perowskity można łatwo przetwarzać z roztworu w niskiej temperaturze – od temperatury pokojowej do około 300 stopni Fahrenheita. Te niższe temperatury przetwarzania mogą pewnego dnia drastycznie obniżyć koszty energii dla producentów półprzewodników. W nowym badaniu Yang i zespół wykorzystali to niższe zapotrzebowanie na energię do syntezy monokryształów halogenku persowskitu o wysokiej entropii z roztworu w warunkach temperatury pokojowej lub niskiej temperatury (80 stopni Celsjusza lub 176 stopni Fahrenheita).
W roztworze atrament wieloelementowy samoorganizuje się w niskich temperaturach w półprzewodniki o wysokiej entropii lub monokryształy perowskitu halogenkowego. (Zdjęcie: Maria Folgueras, Yuxin Jiang i Peidong Yang, Berkeley Lab) Ze względu na charakter wiązań jonowych struktury krystaliczne perowskitu halogenkowego wymagają do powstania znacznie niższej energii w porównaniu z innymi układami materialnymi, wyjaśnił Yang. Eksperymenty w Advanced Light Source w Berkeley Lab potwierdziły, że powstałe kryształy oktaedryczne i prostopadłościenne są monokryształami perowskitu halogenkowego o wysokiej entropii: jeden zestaw złożony z pięciu elementów (SnTeReIrPt lub ZrSnTeHfPt), a drugi zestaw złożony z sześciu elementów (SnTeReOsIrPt lub ZrSnTeHfRePt). Kryształy mają średnicę około 30-100 mikrometrów. (Mikrometr to jedna miliardowa metra, czyli mniej więcej wielkości pyłka kurzu). Technika niskotemperaturowa/temperatura pokojowa pozwala na wytwarzanie półprzewodników monokrystalicznych w ciągu kilku godzin od wymieszania roztworu i wytrącenia, znacznie szybciej niż w przypadku konwencjonalnych półprzewodników techniki wytwarzania. „Intuicyjnie wytwarzanie tych półprzewodników przypomina układanie oktaedrycznych molekularnych klocków LEGO w większe oktaedryczne monokryształy” – powiedział Yang. „Wyobrażając sobie, że każdy z tych molekularnych klocków LEGO będzie emitował przy różnych długościach fal, można w zasadzie zaprojektować materiał półprzewodnikowy, który emitowałby dowolny kolor, wybierając różne molekularne oktaedryczne klocki LEGO” – wyjaśnił. Autorzy zademonstrowali tę koncepcję, drukując logo California Golden Bears. Stabilność w temperaturze otoczenia od dawna stanowi problem w przypadku udoskonalania gotowych do użytku komercyjnego perowskitów halogenkowych, ale w eksperymencie laboratoryjnym na potrzeby nowego badania perowskit halogenkowy o wysokiej entropii „atramentu wieloelementowego” zaskoczył zespół badawczy imponującą stabilnością w powietrzu otoczenia wynoszącą co najmniej sześć miesięcy.
Obraz ze skaningowego mikroskopu elektronowego sześcioelementowych monokryształów. Kryształy powstają z elementów „atramentu wieloelementowego”, pierwszego półprzewodnika o wysokiej entropii, który można przetwarzać w niskiej temperaturze lub temperaturze pokojowej. (Zdjęcie: Maria Folgueras, Yuxin Jiang i Peidong Yang, Berkeley Lab) Yang stwierdziła, że wieloelementowy atrament ma wiele potencjalnych zastosowań, w szczególności jako dioda LED z możliwością dostrajania kolorów lub inne półprzewodnikowe urządzenie oświetleniowe lub jako termoelektryk do odpadów odzysk ciepła. Ponadto materiał mógłby potencjalnie służyć jako programowalny element optycznego urządzenia obliczeniowego, które wykorzystuje światło do przesyłania lub przechowywania danych. „Nasze kryształy półprzewodników halogenkowo-perowskitowych o wysokiej entropii, dzięki metodom stosowanym w temperaturze pokojowej i w niskiej temperaturze, można włączyć do urządzenia elektronicznego bez niszczenia innych niezbędnych warstw, co pozwala na łatwiejsze projektowanie urządzeń elektronicznych i szersze zastosowanie materiałów o wysokiej entropii w urządzeniach elektronicznych” – powiedziała współautorka Maria Folgueras, była absolwentka grupy Peidong Yang w Berkeley Lab i UC Berkeley. „Można sobie wyobrazić, że każdy z tych oktaedrycznych klocków LEGO może przenosić pewien rodzaj informacji «genetycznej», tak jak pary zasad DNA niosą naszą informację genetyczną” – powiedział Yang. „Byłoby całkiem fascynujące, gdybyśmy pewnego dnia mogli kodować i dekodować molekularne półprzewodniki LEGO do zastosowań w informatyce”. W następnej kolejności badacze planują kontynuować projektowanie zrównoważonych materiałów półprzewodnikowych do zastosowań w oświetleniu półprzewodnikowym i wyświetlaczach.
- Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
- PlatoData.Network Pionowe generatywne AI. Wzmocnij się. Dostęp tutaj.
- PlatoAiStream. Inteligencja Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
- PlatonESG. Węgiel Czysta technologia, Energia, Środowisko, Słoneczny, Gospodarowanie odpadami. Dostęp tutaj.
- Platon Zdrowie. Inteligencja w zakresie biotechnologii i badań klinicznych. Dostęp tutaj.
- Źródło: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=63736.php
- :ma
- :Jest
- :nie
- $W GÓRĘ
- 10
- 28
- 300
- 7
- 700
- 8
- 80
- 9
- a
- zdolność
- Zdolny
- O nas
- przyspieszenie
- dodatek
- awansować
- zaawansowany
- postęp
- Korzyść
- Wszystkie kategorie
- Pozwalać
- Stop
- prawie
- Chociaż
- Rozproszone
- ilość
- an
- i
- Inne
- aplikacje
- podejście
- w przybliżeniu
- SĄ
- na około
- AS
- At
- autor
- Autorzy
- baza
- BE
- Niedźwiedzie
- bo
- być
- Berkeley
- Bloki
- przełom
- Budowanie
- ale
- by
- California
- nazywa
- CAN
- węgiel
- emisji dwutlenku węgla
- nieść
- Celsjusz
- Centrum
- wyzwanie
- chemiczny
- chemia
- kod
- kolor
- w porównaniu
- składnik
- komputery
- computing
- pojęcie
- Warunki
- ZATWARDZIAŁY
- kontynuować
- Konwencjonalny
- Koszty:
- mógłby
- Kryształ
- dane
- Data
- dzień
- Kreowanie
- wykazać
- demonstruje
- Departament
- Wnętrze
- projektowanie
- rozwijać
- rozwinięty
- urządzenie
- urządzenia
- różne
- Wyświetlacz
- podział
- DNA
- dramatycznie
- Kurz
- każdy
- łatwiej
- z łatwością
- Elektroniczny
- Elementy
- emisje
- umożliwiać
- energia
- Inżynieria
- ogromny
- Każdy
- eksperyment
- eksperymenty
- wyjaśnione
- stopień
- rodzin
- daleko
- fascynujący
- szybciej
- facet
- wypełniać
- i terminów, a
- pięć
- elastyczne
- W razie zamówieenia projektu
- Nasz formularz
- utworzony
- Dawny
- od
- szczelina
- Go
- Złoty
- absolwent
- Zarządzanie
- Ciężko
- Have
- he
- Serce
- pomoc
- Wysoki
- GODZINY
- HTTPS
- if
- obraz
- obraz
- imponujący
- in
- Rejestrowy
- indywidualny
- przemysł
- Informacja
- wkład
- Wejścia
- najnowszych
- Ionic
- dziennik
- jpg
- właśnie
- laboratorium
- laboratorium
- większe
- Lawrence
- nioski
- najmniej
- Doprowadziło
- mniej
- dźwignia
- lekki
- Oświetlenie
- lubić
- logo
- długo
- stracić
- Partia
- niski
- niższy
- zrobiony
- poważny
- robić
- Dokonywanie
- Producenci
- produkcja
- wiele
- maria
- materiał
- materiały
- metoda
- metody
- Mikroskop
- Środkowy
- łagodny
- minimalny
- Mieszanie
- Cząsteczkowa
- miesięcy
- jeszcze
- narodowy
- Natura
- prawie
- niezbędny
- Nowości
- Następny
- numer
- of
- on
- ONE
- or
- Inne
- ludzkiej,
- koniec
- Przezwyciężać
- par
- szczególnie
- wybrukować
- PHP
- krok po kroku
- plato
- Analiza danych Platona
- PlatoDane
- potencjał
- potencjalnie
- zasada
- druk
- Problem
- wygląda tak
- obrobiony
- przetwarzanie
- produkuje
- Profesor
- programowalny
- cechy
- Surowy
- niedawno
- regeneracja
- zmniejszyć
- Zgłoszone
- wymagać
- wymaganie
- Wymaga
- Badania naukowe
- badacz
- Badacze
- wynikły
- zachować
- Pokój
- Powiedział
- taki sam
- PIASEK
- skalowaniem
- skanowanie
- nauka
- NAUKI
- Naukowiec
- Naukowcy
- wybierając
- Semiconductor
- Półprzewodniki
- senior
- służyć
- zestaw
- błyszczeć
- znaczący
- znacznie
- Krzem
- pojedynczy
- SIX
- Sześć miesięcy
- Rozmiar
- Miękki
- słoneczny
- rozwiązanie
- kilka
- Źródło
- Źródła
- Stabilność
- układanie w stosy
- Nadal
- sklep
- Struktury
- student
- Studiował
- Badanie
- zdziwiony
- zrównoważone
- system
- systemy
- Brać
- trwa
- zespół
- Techniki
- niż
- że
- Połączenia
- ich
- następnie
- Te
- one
- to
- A zatem
- do
- wziął
- tradycyjny
- przenieść
- drugiej
- rodzaj
- dla
- zrozumienie
- wyjątkowy
- w odróżnieniu
- posługiwać się
- zastosowania
- początku.
- poszukiwany
- była
- Marnotrawstwo
- Odzysk ciepła
- długości fal
- Droga..
- we
- tygodni
- były
- który
- rozpowszechniony
- będzie
- w
- w ciągu
- bez
- Praca
- by
- lat
- zefirnet