Ngày 28 tháng 2023 năm XNUMX (Tin tức Nanowerk) Chất bán dẫn là trái tim của hầu hết mọi thiết bị điện tử. Nếu không có chất bán dẫn, máy tính của chúng ta sẽ không thể xử lý và lưu giữ dữ liệu; và bóng đèn LED (đi-ốt phát sáng) sẽ mất khả năng chiếu sáng.
Nhưng sản xuất chất bán dẫn đòi hỏi rất nhiều năng lượng. Việc hình thành vật liệu bán dẫn từ cát (silicon oxit) tiêu thụ một lượng năng lượng tiêu hao nhiệt đáng kể, ở nhiệt độ thiêu đốt khoảng 2,700 độ F. Và quá trình tinh chế và lắp ráp tất cả các nguyên liệu thô để sản xuất chất bán dẫn có thể mất hàng tuần nếu không phải hàng tháng.
Một vật liệu bán dẫn mới có tên là “mực đa nguyên tố” có thể làm cho quá trình đó tiêu tốn ít nhiệt hơn và bền vững hơn đáng kể. Được phát triển bởi các nhà nghiên cứu từ Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley (Phòng thí nghiệm Berkeley) và UC Berkeley, “mực đa nguyên tố” là chất bán dẫn “entropy cao” đầu tiên có thể được xử lý ở nhiệt độ thấp hoặc nhiệt độ phòng. Bước đột phá gần đây đã được báo cáo trên tạp chí Thiên nhiên (“Các tinh thể đơn perovskite halogenua entropy cao được ổn định bằng hóa học nhẹ”).
Hình ảnh tấm silicon. Các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Berkeley đã phát triển “mực đa nguyên tố” – một vật liệu bán dẫn mới có thể tạo ra phương pháp tiếp cận bền vững hơn trong sản xuất vi điện tử. Không giống như silicon, mực đa nguyên tố có thể được xử lý ở nhiệt độ phòng. (Ảnh: kynny/iStock)
Peidong Yang, tác giả chính của nghiên cứu cho biết: “Phương pháp chế tạo thiết bị bán dẫn truyền thống tiêu tốn nhiều năng lượng và là một trong những nguồn phát thải carbon chính”. Yang là nhà khoa học cấp cao tại Phòng Khoa học Vật liệu của Phòng thí nghiệm Berkeley và là giáo sư hóa học, khoa học và kỹ thuật vật liệu tại UC Berkeley. “Phương pháp sản xuất chất bán dẫn mới của chúng tôi có thể mở đường cho một ngành bán dẫn bền vững hơn.”
Sự tiến bộ này tận dụng lợi thế của hai họ vật liệu bán dẫn độc đáo: hợp kim cứng làm từ chất bán dẫn có entropy cao; và một vật liệu mềm, dẻo làm từ halogenua tinh thể perovskites.
Vật liệu có entropy cao là chất rắn được tạo thành từ năm nguyên tố hóa học khác nhau trở lên, tự lắp ráp theo tỷ lệ gần bằng nhau thành một hệ thống duy nhất. Trong nhiều năm, các nhà nghiên cứu đã muốn sử dụng vật liệu có entropy cao để phát triển vật liệu bán dẫn có khả năng tự lắp ráp với năng lượng đầu vào tối thiểu.
“Nhưng chất bán dẫn có entropy cao chưa được nghiên cứu ở mức độ gần như tương tự. Yuxin Jiang, đồng tác giả đầu tiên và nhà nghiên cứu sau đại học trong nhóm Peidong Yang thuộc Phòng Khoa học Vật liệu của Phòng thí nghiệm Berkeley và khoa hóa học tại UC Berkeley, cho biết: Công việc của chúng tôi có thể giúp lấp đầy đáng kể khoảng trống hiểu biết đó.
Hình ảnh phát quang của logo California Golden Bears phát ra từ các tinh thể đơn ZrSnTeHfPt năm nguyên tố dưới sự kích thích của đèn UV. Các tinh thể được hình thành từ “mực đa nguyên tố”. Thí nghiệm chứng minh tiềm năng của vật liệu này như một thiết bị LED có thể điều chỉnh màu sắc. (Hình ảnh: Maria Folgueras, Yuxin Jiang và Peidong Yang, Phòng thí nghiệm Berkeley)
Mặc dù vật liệu hợp kim entropy cao thông thường cần ít năng lượng hơn nhiều so với silicon để xử lý sản xuất nhưng chúng vẫn yêu cầu nhiệt độ rất cao trên 1000 độ C (hoặc hơn 1832 độ F). Việc mở rộng quy mô vật liệu có entropy cao để sản xuất ở quy mô công nghiệp là một thách thức vì lượng năng lượng đầu vào khổng lồ này.
Để vượt qua rào cản này, Yang và nhóm nghiên cứu sau đó đã tận dụng những đặc tính độc đáo của một vật liệu mặt trời được nghiên cứu kỹ lưỡng đã thu hút các nhà nghiên cứu trong nhiều năm: perovskites halogenua.
Perovskite dễ dàng được xử lý từ dung dịch ở nhiệt độ thấp – từ nhiệt độ phòng đến khoảng 300 độ F. Nhiệt độ xử lý thấp hơn này một ngày nào đó có thể giảm đáng kể chi phí năng lượng cho các nhà sản xuất chất bán dẫn.
Trong nghiên cứu mới, Yang và nhóm nghiên cứu đã tận dụng nhu cầu năng lượng thấp hơn này để tổng hợp các tinh thể đơn persovskite halogenua có entropy cao từ dung dịch ở điều kiện nhiệt độ phòng hoặc nhiệt độ thấp (80 độ C hoặc 176 độ F).
Trong dung dịch, mực đa nguyên tố tự lắp ráp ở nhiệt độ thấp thành chất bán dẫn có entropy cao hoặc các tinh thể đơn perovskite halogenua. (Hình ảnh: Maria Folgueras, Yuxin Jiang và Peidong Yang, Phòng thí nghiệm Berkeley)
Yang giải thích, do tính chất liên kết ion của chúng, các cấu trúc tinh thể halogenua perovskite cần năng lượng thấp hơn đáng kể để hình thành so với các hệ vật liệu khác.
Các thí nghiệm tại Nguồn sáng nâng cao của Phòng thí nghiệm Berkeley đã xác nhận rằng các tinh thể bát diện và khối lập phương thu được là các tinh thể đơn perovskite halogenua có entropy cao: một bộ gồm năm nguyên tố (SnTeReIrPt hoặc ZrSnTeHfPt), và một bộ khác gồm sáu nguyên tố (SnTeReOsIrPt hoặc ZrSnTeHfRePt). Các tinh thể có đường kính khoảng 30-100 micromet. (Một micromet là một phần tỷ mét, có kích thước bằng một hạt bụi.)
Kỹ thuật nhiệt độ thấp/nhiệt độ phòng tạo ra chất bán dẫn đơn tinh thể trong vòng vài giờ sau khi trộn dung dịch và kết tủa, nhanh hơn nhiều so với kỹ thuật chế tạo chất bán dẫn thông thường.
Yang cho biết: “Theo trực giác, việc chế tạo những chất bán dẫn này giống như xếp các ‘LEGO’ phân tử hình bát diện thành các tinh thể đơn bát diện lớn hơn. Ông giải thích: “Hãy tưởng tượng mỗi LEGO phân tử riêng lẻ này sẽ phát ra ở các bước sóng khác nhau, về nguyên tắc, người ta có thể thiết kế một vật liệu bán dẫn có thể phát ra màu tùy ý bằng cách chọn các LEGO bát diện phân tử khác nhau”. Các tác giả đã thể hiện khái niệm này bằng cách in logo California Golden Bears.
Tính ổn định ở nhiệt độ môi trường từ lâu đã là một vấn đề đối với việc thúc đẩy perovskite halogenua thương mại, nhưng trong một thử nghiệm để bàn cho nghiên cứu mới, perovskite halogenua “mực đa nguyên tố” entropy cao đã làm nhóm nghiên cứu ngạc nhiên với độ ổn định ấn tượng trong không khí xung quanh ở mức ít nhất sáu tháng.
Hình ảnh kính hiển vi điện tử quét của các tinh thể đơn sáu nguyên tố. Các tinh thể được hình thành từ các khối xây dựng của “mực đa nguyên tố”, chất bán dẫn có entropy cao đầu tiên có thể được xử lý ở nhiệt độ thấp hoặc nhiệt độ phòng. (Hình ảnh: Maria Folgueras, Yuxin Jiang và Peidong Yang, Phòng thí nghiệm Berkeley)
Yang cho biết mực đa nguyên tố có một số ứng dụng tiềm năng, đặc biệt là làm đèn LED điều chỉnh màu hoặc thiết bị chiếu sáng trạng thái rắn khác hoặc làm nhiệt điện để thu hồi nhiệt thải. Ngoài ra, vật liệu này có khả năng đóng vai trò là thành phần lập trình trong thiết bị điện toán quang học sử dụng ánh sáng để truyền hoặc lưu trữ dữ liệu.
“Các tinh thể bán dẫn halogenua-perovskite entropy cao của chúng tôi, với phương pháp nhiệt độ phòng và nhiệt độ thấp, có thể được tích hợp vào một thiết bị điện tử mà không phá hủy các lớp cần thiết khác, do đó cho phép thiết kế các thiết bị điện tử dễ dàng hơn và sử dụng rộng rãi hơn. vật liệu entropy cao trong các thiết bị điện tử,” đồng tác giả đầu tiên Maria Folgueras, cựu nghiên cứu sinh trong nhóm Peidong Yang tại Phòng thí nghiệm Berkeley và UC Berkeley, cho biết.
Yang nói: “Người ta có thể tưởng tượng rằng mỗi khối LEGO bát diện này có thể mang một số loại thông tin ‘di truyền’, giống như các cặp cơ sở DNA mang thông tin di truyền của chúng ta. “Sẽ khá thú vị nếu một ngày nào đó chúng ta có thể mã hóa và giải mã các chất bán dẫn LEGO phân tử này cho các ứng dụng khoa học thông tin.”
Tiếp theo, các nhà nghiên cứu có kế hoạch tiếp tục thiết kế vật liệu bán dẫn bền vững cho các ứng dụng chiếu sáng và hiển thị trạng thái rắn.
- Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
- PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
- Trung tâmESG. Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
- PlatoSức khỏe. Tình báo thử nghiệm lâm sàng và công nghệ sinh học. Truy cập Tại đây.
- nguồn: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=63736.php
- : có
- :là
- :không phải
- $ LÊN
- 10
- 28
- 300
- 7
- 700
- 8
- 80
- 9
- a
- có khả năng
- Có khả năng
- Giới thiệu
- tăng tốc
- Ngoài ra
- tiến
- tiên tiến
- thăng tiến
- Lợi thế
- Tất cả
- Cho phép
- Hợp kim
- gần như
- Mặc dù
- Môi trường xung quanh
- số lượng
- an
- và
- Một
- các ứng dụng
- phương pháp tiếp cận
- khoảng
- LÀ
- xung quanh
- AS
- At
- tác giả
- tác giả
- cơ sở
- BE
- Bears
- bởi vì
- được
- Berkeley
- Khối
- bước đột phá
- Xây dựng
- nhưng
- by
- california
- gọi là
- CAN
- carbon
- lượng khí thải carbon
- mang
- C.
- Trung tâm
- thách thức
- hóa chất
- hóa học
- mã
- màu sắc
- so
- thành phần
- máy tính
- máy tính
- khái niệm
- điều kiện
- XÁC NHẬN
- tiếp tục
- thông thường
- Chi phí
- có thể
- Pha lê
- dữ liệu
- Ngày
- ngày
- Nhu cầu
- chứng minh
- chứng minh
- bộ
- Thiết kế
- thiết kế
- phát triển
- phát triển
- thiết bị
- Thiết bị (Devices)
- khác nhau
- Giao diện
- Phòng
- dna
- đột ngột
- Bụi bẩn
- mỗi
- dễ dàng hơn
- dễ dàng
- điện tử
- các yếu tố
- Phát thải
- cho phép
- năng lượng
- Kỹ Sư
- to lớn
- Mỗi
- thử nghiệm
- thí nghiệm
- Giải thích
- mức độ
- gia đình
- xa
- hấp dẫn
- nhanh hơn
- đồng bào
- điền
- Tên
- năm
- linh hoạt
- Trong
- hình thức
- hình thành
- Cựu
- từ
- khoảng cách
- Go
- Vàng
- tốt nghiệp
- Nhóm
- Cứng
- Có
- he
- Trái Tim
- giúp đỡ
- Cao
- GIỜ LÀM VIỆC
- HTTPS
- if
- hình ảnh
- hình ảnh
- ấn tượng
- in
- Hợp nhất
- hệ thống riêng biệt,
- ngành công nghiệp
- thông tin
- đầu vào
- đầu vào
- trong
- Ionic
- tạp chí
- jpg
- chỉ
- phòng thí nghiệm
- phòng thí nghiệm
- lớn hơn
- lawrence
- lớp
- ít nhất
- Led
- ít
- tận dụng
- ánh sáng
- Thắp sáng
- Lượt thích
- Logo
- dài
- thua
- Rất nhiều
- Thấp
- thấp hơn
- thực hiện
- chính
- làm cho
- Làm
- Các nhà sản xuất
- sản xuất
- nhiều
- maria
- vật liệu
- nguyên vật liệu
- phương pháp
- phương pháp
- Kính hiển vi
- Tên đệm
- nhẹ
- tối thiểu
- Trộn
- phân tử
- tháng
- chi tiết
- quốc dân
- Thiên nhiên
- gần
- cần thiết
- Mới
- tiếp theo
- con số
- of
- on
- ONE
- or
- Nền tảng khác
- vfoXNUMXfipXNUMXhfpiXNUMXufhpiXNUMXuf
- kết thúc
- Vượt qua
- cặp
- đặc biệt
- mở đường
- PHP
- kế hoạch
- plato
- Thông tin dữ liệu Plato
- PlatoDữ liệu
- tiềm năng
- có khả năng
- nguyên tắc
- in ấn
- Vấn đề
- quá trình
- xử lý
- xử lý
- sản xuất
- Giáo sư
- lập trình
- chất lượng
- Nguyên
- gần đây
- phục hồi
- giảm
- Báo cáo
- yêu cầu
- yêu cầu
- đòi hỏi
- nghiên cứu
- nhà nghiên cứu
- nhà nghiên cứu
- kết quả
- giữ lại
- Phòng
- Nói
- tương tự
- SAND
- mở rộng quy mô
- quét
- Khoa học
- KHOA HỌC
- Nhà khoa học
- các nhà khoa học
- lựa chọn
- bán dẫn
- Chất bán dẫn
- cao cấp
- phục vụ
- định
- tỏa sáng
- có ý nghĩa
- đáng kể
- Silicon
- duy nhất
- Six
- Sáu tháng
- Kích thước máy
- Mềm mại
- hệ mặt trời
- giải pháp
- một số
- nguồn
- nguồn
- Tính ổn định
- xếp chồng
- Vẫn còn
- hàng
- cấu trúc
- Sinh viên
- nghiên cứu
- Học tập
- ngạc nhiên
- bền vững
- hệ thống
- hệ thống
- Hãy
- mất
- nhóm
- kỹ thuật
- hơn
- việc này
- Sản phẩm
- cung cấp their dịch
- sau đó
- Kia là
- họ
- điều này
- Như vậy
- đến
- mất
- truyền thống
- chuyển
- hai
- kiểu
- Dưới
- sự hiểu biết
- độc đáo
- không giống
- sử dụng
- sử dụng
- rất
- muốn
- là
- Chất thải
- Thu hồi nhiệt thải
- bước sóng
- Đường..
- we
- tuần
- là
- cái nào
- phổ biến rộng rãi
- sẽ
- với
- ở trong
- không có
- Công việc
- sẽ
- năm
- zephyrnet