„Laboratorul autonom” descoperă cele mai bune puncte cuantice pentru dispozitive optoelectronice și fotonice – Physics World

Un nou sistem de laborator autonom le-a permis cercetătorilor să identifice cele mai performante materiale pentru anumite aplicații în câteva ore sau zile, în comparație cu anii folosind tehnici convenționale de chimie umedă. Sistemul, numit SmartDope și conceput de cercetători din SUA, folosește și învățarea automată pentru a analiza rezultatele experimentelor. Potrivit creatorilor săi, ar putea accelera procesul de descoperire și dezvoltare a materialelor avansate pentru dispozitivele optoelectronice și fotonice.

În dezvoltarea SmartDope, o echipă condusă de Universitatea de Stat din Carolina de Nord inginer chimist Milad Abolhasani concentrat pe o provocare specifică: cum să sintetizezi cele mai bune puncte cuantice dopate din clasa lor. Aceste nanocristale semiconductoare conțin impurități care au fost introduse în mod deliberat pentru a modifica proprietățile optice și fizico-chimice ale punctelor și sunt foarte promițătoare pentru dispozitivele fotovoltaice de următoarea generație. Punctele cuantice dopate ar putea, de exemplu, să îmbunătățească eficiența celulelor solare dacă ar fi concepute pentru a converti lumina UV abundentă a Soarelui în lungimi de undă care sunt absorbite mai eficient de aceste celule, îmbunătățind conversia energiei unității.

Problema este că este o provocare să sintetizezi puncte cuantice cu calitatea foarte înaltă necesară pentru astfel de aplicații. Identificarea celei mai bune „rețete” pentru a face acest lucru folosind tehnici convenționale ar putea dura 10 ani de experimente de laborator concentrate, explică Abolhasani. „Acesta este motivul pentru care am dezvoltat laboratorul nostru autonom – astfel încât să putem face acest lucru în doar câteva ore sau zile”, spune el.

Un sistem în buclă închisă

Primul pas atunci când utilizați SmartDope este să furnizați sistemului substanțe chimice precursoare și să îi oferiți un obiectiv. Un exemplu ar putea fi găsirea punctelor cuantice perovskite dopate cu cel mai mare randament cuantic, adică cel care produce cel mai mare număr de fotoni emiși pe foton absorbit. Sistemul va rula apoi experimentele în mod autonom într-un reactor cu flux continuu, manipulând variabile precum cantitățile de precursori, temperaturile de reacție și timpii de reacție. De asemenea, caracterizează proprietățile optice ale punctelor cuantice produse de fiecare experiment în mod automat, pe măsură ce punctele cuantice părăsesc reactorul cu flux.

Sistemul utilizează apoi învățarea automată pentru a analiza rezultatele. În acest proces, își actualizează înțelegerea chimiei de sinteză și selectează ce experiment să ruleze în continuare pentru a optimiza proprietățile optice ale punctelor cuantice. Această așa-numită operațiune în buclă închisă permite SmartDope să identifice rapid cel mai bun punct cuantic posibil.

În lucrare, pe care Abolhasani și colegii o descriu în Materiale energetice avansate, they studied the best way to make metal cation-doped lead halide perovskite quantum dots. More specifically, they analysed the multi-cation doping of CsPbCl₃ puncte cuantice folosind un proces de sinteză la temperatură înaltă „un singur vas”.

Datorită SmartDope, cercetătorii au reușit să identifice, într-o singură zi de desfășurare autonomă a experimentelor lor, cea mai bună rețetă pentru realizarea de puncte cuantice dopate care au produs un randament cuantic de fotoluminiscență de 158% - adică punctele cuantice au emis o medie de 1.58. fotoni pentru fiecare foton pe care l-au absorbit. Recordul anterior în această clasă de materiale este de 130%.

„Implicațiile pentru această lucrare sunt profunde”, spune Abolhasani Lumea fizicii, „în special pentru energiile regenerabile. Capacitatea SmartDope de a identifica și optimiza rapid materialele funcționale avansate pentru aplicații precum dispozitivele fotovoltaice de ultimă generație deschide noi posibilități pentru îmbunătățirea eficienței celulelor solare, de exemplu.”

Cercetătorii își perfecționează acum sistemul în continuare, cu scopul de a „explora noi materiale și de a-și extinde capacitățile fizice și digitale pentru a aborda o gamă mai largă de provocări în știința chimică și a materialelor”, spune Albohasani. „De asemenea, luăm în considerare în mod activ colaborarea cu partenerii din industrie pentru a implementa SmartDope în setările din lumea reală”, dezvăluie el. „Scopul nostru este să continuăm să valorificăm puterea laboratoarelor autonome pentru a conduce progrese rapide în știința chimică și a materialelor.”

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Împuterniciți-vă. Accesați Aici.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Mediu inconjurator, Solar, Managementul deșeurilor. Accesați Aici.
• PlatoHealth. Biotehnologie și Inteligență pentru studii clinice. Accesați Aici.
• Sursa: https://physicsworld.com/a/autonomous-laboratory-unearths-the-best-quantum-dots-for-optoelectronic-and-photonic-devices/