Новый вид кремния может найти применение в солнечных панелях и светодиодах
Возможно вы бы не читали этот материал, если бы речь не шла о кремнии. Это второй по распространенности материал на Земле и одновременно ключ к современным технологиям - он используется буквально во всей электронике, такой как компьютеры, мобильные телефоны, а так же тостеры и даже холодильники.
Он так же используется при строительстве, в составе керамики, грудных имплантах и множестве других областей.
А теперь этот вездесущий элемент благодаря учёным института Карнеги, которые синтезировали новую аллотропную форму, получившую название Si24, может получить широкое распространение в ряде новых приложений.
Форма кремния с алмазной структурой, обычно использующаяся в высоко технологичных отраслях, характеризуется таким свойством как непрямозонная полупроводимость, которым она отличается от полупроводников прямозонной характеристикой, при которой для возбуждения электронов, находящихся в покое, необходимо дополнительное воздействие.
Прямозонные полупроводники требуют всего два элемента - фотон и электрон - для передача импульса. Но непрямозонные требуют третий элемент - фонон, или колебание решётки - поскольку минимальный энергетический уровень проводниковой связи и максимальный энергетический уровень валентной связи возникают при различных значениях момента.
Новая форма кремния является квази-прямозонным материалом, что означает не только более эффективную проводимость, чем у алмазно-структурированного кремния, он так же может поглощать и испускать свет - свойство, которое не было получено никогда раннее.
Это свойство делает материал готовым к применению в солнечных панелях нового поколения, светодиодах и других полупроводниковых технологиях.
Для получения Si24 исследователи для начала создали поликристаллическое соединение кремния и натрия Na4Si24 при помощи танталовых капсул, очень высокой температуры и полуторатонного многоступенчатого пресса, который постепенно позволил достичь давления в 10 гигапаскаль.
Затем материал подвергся дегазации в вакууме при температуре в 400 градусов Кельвина на протяжении восьми дней, в результате чего был получен чистый Si24 с открытой решеткой, названной цеолитоподобной структурой.
Из полученной структуры были произведены пяти-, шести- и восьмикомпонентные кремниевые кольца, через которые могут проходить небольшие атомы и молекулы, что потенциально означает возможность применения для молекулярной фильтрации, помимо остальных применений.
Si24, по предположениям учёных, может стать лишь верхушкой айсберга новых материалов, получаемых при высоком давлении. Ведущий исследователь Тимоти Стробель описал это как "абсолютно новый уровень энергетических материалов".
Стабильность новой структуры при атмосферном давлении означает, что такие методы производства при низком давлении, как химическое испарительное осаждение, потенциально могут позволить перейти к крупномасштабному производству.
Facepla.net по материалам carnegiescience.edu
Комментарии:
Экология это
