'Otonom laboratuvar' optoelektronik ve fotonik cihazlar için en iyi kuantum noktalarını ortaya çıkarıyor - Fizik Dünyası

Yeni bir otonom laboratuvar sistemi, geleneksel ıslak kimya tekniklerinin kullanıldığı yıllara kıyasla, araştırmacıların belirli uygulamalar için en yüksek performanslı malzemeleri birkaç saat veya gün içinde belirlemesine olanak tanıdı. SmartDope adı verilen ve ABD'deki araştırmacılar tarafından tasarlanan sistem, deney sonuçlarını analiz etmek için makine öğrenimini de kullanıyor. Yaratıcılarına göre, optoelektronik ve fotonik cihazlara yönelik gelişmiş malzemelerin keşfedilmesi ve geliştirilmesi sürecini hızlandırabilir.

SmartDope'un geliştirilmesinde, liderliğindeki bir ekip North Carolina Eyalet Üniversitesi Kimya Mühendisi Milad Abolhasani belirli bir zorluğa odaklandı: sınıfının en iyisi katkılı kuantum noktalarının nasıl sentezleneceği. Bu yarı iletken nanokristaller, noktaların optik ve fizikokimyasal özelliklerini değiştirmek için kasıtlı olarak eklenen yabancı maddeleri içerir ve yeni nesil fotovoltaik cihazlar için çok umut vericidir. Örneğin katkılı kuantum noktaları, Güneş'in bol miktardaki UV ışığını bu hücreler tarafından daha verimli bir şekilde emilen dalga boylarına dönüştürecek şekilde tasarlanırsa, güneş pillerinin verimliliğini artırabilir ve ünitenin enerji dönüşümünü artırabilir.

Sorun, bu tür uygulamalar için gereken çok yüksek kalitede kuantum noktalarının sentezlenmesinin zor olmasıdır. Abolhasani, geleneksel teknikleri kullanarak bunu yapmanın en iyi "reçetesini" belirlemenin 10 yıllık odaklanmış laboratuvar deneyleri gerektirebileceğini açıklıyor. "Otonom laboratuvarımızı geliştirmemizin nedeni budur; bunu birkaç saat veya birkaç gün içinde yapabilmemiz için" diyor.

Kapalı döngü sistemi

SmartDope kullanırken ilk adım, sisteme öncü kimyasallar sağlamak ve ona bir amaç vermektir. Bir örnek, en yüksek kuantum verimine sahip, yani emilen foton başına yayılan en fazla sayıda foton üreten katkılı perovskit kuantum noktalarını bulmak olabilir. Sistem daha sonra deneyleri sürekli akışlı bir reaktörde bağımsız olarak yürütecek ve öncül miktarları, reaksiyon sıcaklıkları ve reaksiyon süreleri gibi değişkenleri manipüle edecek. Ayrıca, kuantum noktaları akış reaktörünü terk ederken, her deney tarafından otomatik olarak üretilen kuantum noktalarının optik özelliklerini de karakterize eder.

Sistem daha sonra sonuçları analiz etmek için makine öğrenimini kullanır. Bu süreçte sentez kimyasına ilişkin anlayışını günceller ve kuantum noktalarının optik özelliklerini optimize etmek için bir sonraki deneyde hangi deneyin yapılacağını seçer. Bu sözde kapalı döngü işlemi, SmartDope'un mümkün olan en iyi kuantum noktasını hızlı bir şekilde tanımlamasına olanak tanır.

Abolhasani ve meslektaşlarının tanımladığı çalışmada Gelişmiş Enerji Malzemeleri, 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 "tek kap" yüksek sıcaklıkta sentez sürecini kullanan kuantum noktaları.

SmartDope sayesinde araştırmacılar, deneylerini otonom bir şekilde yürüttükleri yalnızca bir gün içinde, %158'lik bir fotolüminesans kuantum verimi üreten katkılı kuantum noktaları yapmak için en iyi tarifi belirlemeyi başardılar; yani kuantum noktaları ortalama 1.58 oranında yayıyordu. soğurdukları her foton için foton. Bu malzeme sınıfında önceki rekor %130'du.

Abolhasani, "Bu çalışmanın sonuçları derin" diyor Fizik dünyası, “özellikle yenilenebilir enerjiler için. SmartDope'un yeni nesil fotovoltaik cihazlar gibi uygulamalar için gelişmiş fonksiyonel malzemeleri hızlı bir şekilde tanımlama ve optimize etme yeteneği, örneğin güneş pillerinin verimliliğini artırmak için yeni olanaklar sunuyor."

Albohasani, araştırmacıların artık "yeni malzemeler keşfetmek ve kimyasal ve malzeme bilimlerindeki daha geniş bir yelpazedeki zorlukları ele almak için fiziksel ve dijital yeteneklerini genişletmek" amacıyla sistemlerini daha da geliştirdiklerini söylüyor. "Aynı zamanda SmartDope'u gerçek dünya ortamlarında uygulamak için sektör ortaklarıyla işbirliği yapmayı da aktif olarak düşünüyoruz" diye açıklıyor. "Amacımız kimya ve malzeme bilimlerinde hızlı ilerlemeler sağlamak için otonom laboratuvarların gücünden yararlanmaya devam etmektir."

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/autonomous-laboratory-unearths-the-best-quantum-dots-for-optoelectronic-and-photonic-devices/