"Avtonomni laboratorij" odkrije najboljše kvantne pike za optoelektronske in fotonske naprave - Physics World

Nov avtonomni laboratorijski sistem je raziskovalcem omogočil, da v nekaj urah ali dneh identificirajo najbolj zmogljive materiale za določene aplikacije v primerjavi z leti z uporabo običajnih tehnik mokre kemije. Sistem, ki so ga poimenovali SmartDope in so ga zasnovali raziskovalci v ZDA, uporablja tudi strojno učenje za analizo rezultatov poskusov. Po besedah ​​njegovih ustvarjalcev bi lahko pospešil proces odkrivanja in razvoja naprednih materialov za optoelektronike in fotonske naprave.

Pri razvoju SmartDope je ekipa pod vodstvom North Carolina State University kemični inženir Milad Abolhasani osredotočen na poseben izziv: kako sintetizirati najboljše dopirane kvantne pike v svojem razredu. Ti polprevodniški nanokristali vsebujejo nečistoče, ki so bile namerno uvedene, da bi spremenile optične in fizikalno-kemijske lastnosti pik, in veliko obetajo za fotovoltaične naprave naslednje generacije. Dopirane kvantne pike bi lahko na primer izboljšale učinkovitost sončnih celic, če bi bile zasnovane za pretvorbo sončne obilne UV-svetlobe v valovne dolžine, ki jih te celice učinkoviteje absorbirajo, s čimer bi izboljšali pretvorbo energije enote.

Težava je v tem, da je težko sintetizirati kvantne pike z zelo visoko kakovostjo, ki je potrebna za takšne aplikacije. Prepoznavanje najboljšega "recepta" za to z uporabo običajnih tehnik bi lahko trajalo 10 let osredotočenih laboratorijskih poskusov, pojasnjuje Abolhasani. »To je razlog, zakaj smo razvili naš avtonomni laboratorij – da bi to lahko storili v samo nekaj urah ali dneh,« pravi.

Sistem z zaprto zanko

Prvi korak pri uporabi SmartDope je zagotoviti sistemu predhodne kemikalije in mu dati cilj. Eden od primerov bi lahko bil najti dopirane perovskitne kvantne pike z največjim kvantnim izkoristkom – to je tisto, ki proizvede največje število oddanih fotonov na absorbiran foton. Sistem bo nato samostojno izvajal poskuse v reaktorju z neprekinjenim tokom in manipuliral s spremenljivkami, kot so količine prekurzorja, reakcijske temperature in reakcijski časi. Opisuje tudi optične lastnosti kvantnih pik, ki jih samodejno proizvede vsak poskus, ko kvantne pike zapustijo pretočni reaktor.

Sistem nato uporabi strojno učenje za analizo rezultatov. V tem procesu posodobi svoje razumevanje kemije sinteze in izbere, kateri eksperiment naj izvede naslednji, da optimizira optične lastnosti kvantnih pik. Ta tako imenovana operacija z zaprto zanko omogoča SmartDope hitro identifikacijo najboljše možne kvantne pike.

V delu, ki ga Abolhasani in sodelavci opisujejo v Napredni energetski materiali, proučevali so najboljši način za izdelavo s kovinskimi kationi dopiranih svinčevih halogenidnih perovskitnih kvantnih pik. Natančneje, analizirali so večkationsko dopiranje CsPbCl₃ kvantne pike z uporabo procesa visokotemperaturne sinteze v enem loncu.

Zahvaljujoč SmartDope so lahko raziskovalci v samo enem dnevu samostojnega izvajanja svojih poskusov identificirali najboljši recept za izdelavo dopiranih kvantnih pik, ki so proizvedle kvantni izkoristek fotoluminiscence 158 % – kar pomeni, da so kvantne pike v povprečju oddale 1.58 fotonov za vsak foton, ki so ga absorbirali. Prejšnji rekord v tem razredu materialov je 130 %.

"Posledice za to delo so globoke, " pravi Abolhasani Svet fizike, »še posebej za obnovljive vire energije. Sposobnost SmartDope za hitro identifikacijo in optimizacijo naprednih funkcionalnih materialov za aplikacije, kot so fotovoltaične naprave naslednje generacije, na primer odpira nove možnosti za izboljšanje učinkovitosti sončnih celic.«

Raziskovalci zdaj še izpopolnjujejo svoj sistem s ciljem "raziskovanja novih materialov in razširitve njegovih fizičnih in digitalnih zmogljivosti za obravnavo širšega spektra izzivov v kemiji in znanosti o materialih", pravi Albohasani. »Prav tako aktivno razmišljamo o sodelovanju z industrijskimi partnerji za implementacijo SmartDope v resničnih okoljih,« je razkril. "Naš cilj je še naprej izkoriščati moč avtonomnih laboratorijev za spodbujanje hitrega napredka v kemiji in znanosti o materialih."

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Opolnomočite se. Dostopite tukaj.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• PlatoESG. Ogljik, CleanTech, Energija, Okolje, sončna energija, Ravnanje z odpadki. Dostopite tukaj.
• PlatoHealth. Obveščanje o biotehnologiji in kliničnih preskušanjih. Dostopite tukaj.
• vir: https://physicsworld.com/a/autonomous-laboratory-unearths-the-best-quantum-dots-for-optoelectronic-and-photonic-devices/