‘Phòng thí nghiệm tự động’ khai quật các chấm lượng tử tốt nhất cho các thiết bị quang điện tử và quang tử – Physics World

Một hệ thống phòng thí nghiệm tự động mới đã cho phép các nhà nghiên cứu xác định các vật liệu có hiệu suất cao nhất cho một số ứng dụng nhất định chỉ trong vài giờ hoặc vài ngày, so với nhiều năm sử dụng kỹ thuật hóa học ướt thông thường. Hệ thống này được đặt tên là SmartDope và do các nhà nghiên cứu ở Mỹ phát minh, cũng sử dụng máy học để phân tích kết quả thí nghiệm. Theo những người tạo ra nó, nó có thể đẩy nhanh quá trình khám phá và phát triển các vật liệu tiên tiến cho các thiết bị quang điện tử và quang tử.

Trong quá trình phát triển SmartDope, một nhóm do Trường Đại Học bang Bắc Carolina ky sư Hoa học Milad Abolhasani tập trung vào một thách thức cụ thể: làm thế nào để tổng hợp các chấm lượng tử pha tạp tốt nhất trong lớp của chúng. Những tinh thể nano bán dẫn này chứa các tạp chất được cố tình đưa vào để làm thay đổi các đặc tính quang học và hóa lý của các chấm, đồng thời chúng cho thấy nhiều hứa hẹn đối với các thiết bị quang điện thế hệ tiếp theo. Ví dụ, các chấm lượng tử pha tạp có thể cải thiện hiệu suất của pin mặt trời nếu chúng được thiết kế để chuyển đổi ánh sáng tia cực tím dồi dào của Mặt trời thành các bước sóng được các tế bào này hấp thụ hiệu quả hơn, tăng cường chuyển đổi năng lượng của thiết bị.

Vấn đề là việc tổng hợp các chấm lượng tử với chất lượng rất cao cần thiết cho các ứng dụng như vậy là một thách thức. Abolhasani giải thích, việc xác định “công thức” tốt nhất để làm điều đó bằng cách sử dụng các kỹ thuật thông thường có thể mất 10 năm thí nghiệm tập trung trong phòng thí nghiệm. Ông nói: “Đây là lý do tại sao chúng tôi phát triển phòng thí nghiệm tự động của mình – vì vậy chúng tôi có thể thực hiện việc này chỉ trong vài giờ hoặc vài ngày”.

Một hệ thống khép kín

Bước đầu tiên khi sử dụng SmartDope là cung cấp cho hệ thống các hóa chất tiền chất và đặt mục tiêu cho nó. Một ví dụ có thể là tìm các chấm lượng tử pha tạp perovskite có năng suất lượng tử cao nhất – tức là chấm tạo ra số lượng photon phát ra lớn nhất trên mỗi photon được hấp thụ. Sau đó, hệ thống sẽ chạy các thí nghiệm một cách tự động trong lò phản ứng dòng chảy liên tục, xử lý các biến số như lượng tiền chất, nhiệt độ phản ứng và thời gian phản ứng. Nó cũng mô tả đặc tính quang học của các chấm lượng tử được tạo ra bởi mỗi thí nghiệm một cách tự động khi các chấm lượng tử rời khỏi lò phản ứng dòng chảy.

Sau đó, hệ thống sẽ sử dụng máy học để phân tích kết quả. Trong quá trình này, nó cập nhật hiểu biết của mình về hóa học tổng hợp và chọn thử nghiệm nào sẽ chạy tiếp theo để tối ưu hóa các đặc tính quang học của chấm lượng tử. Cái gọi là hoạt động vòng kín này cho phép SmartDope nhanh chóng xác định chấm lượng tử tốt nhất có thể.

Trong công trình mà Abolhasani và các đồng nghiệp mô tả trong Vật liệu năng lượng tiên tiến, họ đã nghiên cứu cách tốt nhất để tạo ra các chấm lượng tử perovskite chì halogenua pha tạp cation kim loại. Cụ thể hơn, họ đã phân tích sự pha tạp đa cation của CsPbCl₃ chấm lượng tử sử dụng quy trình tổng hợp nhiệt độ cao “một nồi”.

Nhờ SmartDope, các nhà nghiên cứu đã có thể xác định, chỉ trong một ngày chạy thử nghiệm tự động, công thức tốt nhất để tạo ra các chấm lượng tử pha tạp tạo ra hiệu suất lượng tử phát quang là 158% - tức là các chấm lượng tử phát ra trung bình 1.58 photon cho mỗi photon mà chúng hấp thụ. Kỷ lục trước đây của loại vật liệu này là 130%.

“Ý nghĩa của công việc này là rất sâu sắc,” Abolhasani nói Thế giới vật lý, “đặc biệt là đối với năng lượng tái tạo. Ví dụ, khả năng của SmartDope trong việc xác định và tối ưu hóa nhanh chóng các vật liệu chức năng tiên tiến cho các ứng dụng như thiết bị quang điện thế hệ tiếp theo sẽ mở ra những khả năng mới để cải thiện hiệu quả của pin mặt trời.”

Albohasani cho biết, các nhà nghiên cứu hiện đang cải tiến hệ thống của họ hơn nữa, với mục đích “khám phá các vật liệu mới và mở rộng khả năng vật lý và kỹ thuật số của nó để giải quyết nhiều thách thức hơn trong khoa học hóa học và vật liệu”. Ông tiết lộ: “Chúng tôi cũng đang tích cực xem xét hợp tác với các đối tác trong ngành để triển khai SmartDope trong môi trường thực tế”. “Mục tiêu của chúng tôi là tiếp tục tận dụng sức mạnh của các phòng thí nghiệm tự trị để thúc đẩy những tiến bộ nhanh chóng trong khoa học hóa học và vật liệu.”

• 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://physicsworld.com/a/autonomous-laboratory-unearths-the-best-quantum-dots-for-optoelectronic-and-photonic-devices/