«Автономна лабораторія» виявила найкращі квантові точки для оптоелектронних і фотонних пристроїв – Physics World

Нова автономна лабораторна система дозволила дослідникам визначити найефективніші матеріали для певних застосувань за лічені години або дні порівняно з роками за допомогою звичайних методів вологої хімії. Система, яка отримала назву SmartDope і розроблена дослідниками в США, також використовує машинне навчання для аналізу результатів експериментів. За словами його творців, це може прискорити процес відкриття та розробки передових матеріалів для оптоелектроніки та фотонних пристроїв.

У розробці SmartDope команда під керівництвом Державний університет Північної Кароліни Інженер-хімік Мілад Аболхасані зосереджено на конкретній задачі: як синтезувати найкращі у своєму класі леговані квантові точки. Ці напівпровідникові нанокристали містять домішки, які були навмисно введені для зміни оптичних і фізико-хімічних властивостей точок, і вони дуже перспективні для фотоелектричних пристроїв наступного покоління. Доповані квантові точки можуть, наприклад, підвищити ефективність сонячних елементів, якщо їх сконструювати таким чином, щоб перетворювати рясне ультрафіолетове світло Сонця в довжини хвилі, які ефективніше поглинаються цими елементами, покращуючи перетворення енергії пристрою.

Проблема полягає в тому, що дуже складно синтезувати квантові точки з дуже високою якістю, необхідною для таких застосувань. Виявлення найкращого «рецепту» для цього за допомогою звичайних методів може зайняти 10 років цілеспрямованих лабораторних експериментів, пояснює Аболхасані. «Це причина, чому ми розробили нашу автономну лабораторію — щоб ми могли зробити це всього за кілька годин або днів», — говорить він.

Система замкнутого циклу

Перший крок під час використання SmartDope — забезпечити систему хімічними речовинами-прекурсорами та поставити їй ціль. Одним із прикладів може бути пошук легованих перовскітних квантових точок із найвищим квантовим виходом, тобто тих, які виробляють найбільшу кількість випущених фотонів на один поглинений фотон. Потім система буде проводити експерименти автономно в безперервному проточному реакторі, маніпулюючи змінними, такими як кількість прекурсорів, температури реакції та час реакції. Він також характеризує оптичні властивості квантових точок, створених у кожному експерименті автоматично, коли квантові точки залишають проточний реактор.

Потім система використовує машинне навчання для аналізу результатів. У процесі він оновлює своє розуміння хімії синтезу та вибирає, який експеримент запустити наступним, щоб оптимізувати оптичні властивості квантових точок. Ця так звана операція замкнутого циклу дозволяє SmartDope швидко ідентифікувати найкращу можливу квантову точку.

У роботі, яку описують Аболхасані та його колеги Сучасні енергетичні матеріали, вони вивчали найкращий спосіб створення перовскітних квантових точок, легованих катіонами металу, галогеніду свинцю. Більш конкретно, вони проаналізували багатокатіонне легування CsPbCl₃ квантових точок з використанням процесу високотемпературного синтезу «в одному посудині».

Завдяки SmartDope дослідники змогли визначити, лише за один день автономних експериментів, найкращий рецепт для створення легованих квантових точок, які дають квантовий вихід фотолюмінесценції 158%, тобто квантові точки випромінюють у середньому 1.58 фотонів за кожен фотон, який вони поглинули. Попередній рекорд у цьому класі матеріалів становить 130%.

«Наслідки для цієї роботи глибокі», — розповідає Аболхасані Світ фізики, «особливо для відновлюваних джерел енергії. Здатність SmartDope швидко визначати та оптимізувати передові функціональні матеріали для таких застосувань, як фотоелектричні пристрої нового покоління, відкриває нові можливості для підвищення ефективності, наприклад, сонячних елементів».

Зараз дослідники вдосконалюють свою систему з метою «дослідження нових матеріалів і розширення її фізичних і цифрових можливостей для вирішення більш широкого спектру завдань у хімічних і матеріалознавчих науках», — каже Альбохасані. «Ми також активно розглядаємо співпрацю з галузевими партнерами для впровадження SmartDope у реальних умовах», — розповідає він. «Наша мета — продовжувати використовувати потенціал автономних лабораторій для швидкого прогресу в хімії та матеріалознавстві».

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Додайте собі сили. Доступ тут.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
• ПлатонЕСГ. вуглець, CleanTech, Енергія, Навколишнє середовище, Сонячна, Поводження з відходами. Доступ тут.
• PlatoHealth. Розвідка про біотехнології та клінічні випробування. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/autonomous-laboratory-unearths-the-best-quantum-dots-for-optoelectronic-and-photonic-devices/