Znajdź zawartość

Nanokropki z perowskitów metalohalogenkowych to niezwykle obiecujące materiały na polu optoelektroniki. Stosowane są w fotowoltaice, wyświetlaczach, diodach i urządzeniach z dziedziny inżynierii kwantowej. Mają świetne właściwości optyczne, jednak ich pełnie wykorzystanie jest trudne ze względu na gigantyczne zróżnicowanie parametrów ich syntezy. Opracowywanie i udoskonalanie nanokropek wymaga przeprowadzania olbrzymiej liczby eksperymentów. Na pomoc może przyjść tutaj Rainbow, w pełni zrobotyzowane autonomiczne laboratorium autorstwa uczonych z North Carolina State University. Rainbow to całkowicie autonomiczne laboratorium, w którym połączono zautomatyzowaną syntezę nanokryształów i maszynowe uczenie się. Laboratorium jest w stanie przeprowadzić do 1000 eksperymentów dziennie bez pomocy człowieka. To znakomicie przyspiesza tempo pracy nad nowymi rozwiązaniami. Rainbow to miejsce jednoczesnej pracy wielu robotów, które autonomicznie badają i optymalizują złożone reakcje chemiczne z niezwykłą efektywnością. Roboty automatycznie przygotowują składniki, mieszają je i przeprowadzają w reaktorach do 96 reakcji jednocześnie. Następnie przenoszą produkty reakcji do robotów odpowiedzialnych za ich scharakteryzowanie. Cały proces jest w pełni zautomatyzowany i skoordynowany, mówi profesor Milad Abolhasani. Praca z Rainbow zaczyna się od określenia poszukiwanych parametrów materiału wyjściowego. Użytkownik może też określić, ile eksperymentów ma laboratorium wykonać przed zaprzestaniem pracy. Od tej pory laboratorium pracuje samodzielnie. Wykonuje eksperymenty, analizuje ich wyniki i na tej podstawie decyduje, jaki kolejny eksperyment należy wykonać, by uzyskać pożądany materiał. Innymi słowy, na podstawie doświadczenia i wyników poprzednich eksperymentów autonomicznie tworzy przepis na kolejny eksperyment, przybliżając się do wykonania zadania. Rainbow nie śpi, pracuje 24 godziny na dobę, w ciągu dni robi to, co naukowcom zajmuje lata. Nie ma jednak za zadanie ich zastąpić, a wyręczyć w wykonywaniu monotonnych czasochłonnych zadań, by mieli więcej czasu nad pracami projektowymi i opracowywaniem innowacji, mówi Abolhasani. Rainbow zostało opisane na łamach Nature. « powrót do artykułu

Jaki powinien być panel słoneczny marzeń? Efektywny, tani w produkcji, trwały, giętki i przyjazny środowisku. Wszystko to mogą dać perowskity: nowy materiał, który oferuje efektywność energetyczną porównywalną z panelami krzemowymi, ale jest o wiele tańszy i prostszy do wyprodukowania. Nowe badania prowadzone w IChF PAN we współpracy ze szwajcarskim EPFL przybliżają nas do komercjalizacji tej technologii. Chciałbyś podładować telefon w trakcie wędrówki po górach? A może zostać prosumentem, tyle że... nie masz dachu, na którym dałoby się zainstalować słoneczne panele? Jeśli chwilę poczekasz, twoje marzenia mogą się spełnić dzięki perowskitom. Metalohalogenki perowskitów od kilku lat stają się wiodącym kandydatem na najbardziej ekonomiczny materiał, głównie w dziedzinie energii odnawialnej, a konkretnie – paneli słonecznych. To, co dziś widujemy na dachach czy w specjalnych instalacjach fotowoltaicznych, to panele krzemowe. Są dość grube, sztywne, a do ich wyprodukowania potrzeba długiego czasu, bardzo wysokich temperatur i skomplikowanych technologii. Jednym słowem – dużo pieniędzy. Tymczasem perowskity są proste i tanie w produkcji, a ich synteza nie wymaga skomplikowanej i drogiej aparatury. Perowskit oferuje przy tym wydajność energetyczną porównywalną z krzemem (tu mimo ponad 40 lat badań i rozwoju wciąż nie przekracza ona 27%), a rekordy są wciąż śrubowane. W początkach badań nad tym materiałem, w 2009 roku, wydajność perowskitu wynosiła 3,9%. Dekadę później – już 24,2% - objaśnia Rashmi Runjhun. Potencjalnie może sięgnąć 31%, a dzięki architekturze tandemowej – nawet więcej - dodaje badaczka, a przecież wszyscy dziś stawiają na wydajność. Zdaniem Runjhun, właśnie dlatego perowskity mają wielki potencjał przemysłowy. Wystarczy wziąć parę stosunkowo dostępnych chemicznych związków, wymieszać je w roztworze i nanieść na podłoże. Doktorantka programu NaMeS ma nadzieję, że w niedalekiej przyszłości dzięki badaniom jej i innych zespołów, perowskitowe warstwy światłoczułe będzie można nanosić na różne, w tym elastyczne i giętkie, powierzchnie. Np. na zróżnicowane geometrycznie powierzchnie ścian, dachów czy... ubrania. Być może powstaną nawet farby ścienne generujące energię. Z pewnością pomogą w tym badania prowadzone w IChF PAN we współpracy ze szwajcarskim EPFL. Dzięki niewielkiej zmianie składu roztworu udało się podnieść jego energetyczną wydajność z 15% do ponad 20%. To efekt zarówno większych ziaren warstwy aktywnej, jak i lepszej separacji ładunków. Niejako "przy okazji" zespołowi badawczemu udało się też wydłużyć czas życia perowskitowych paneli i zwiększyć ich stabilność. Wyniki opublikowano niedawno w Chemistry of Materials. Wyzwania? Sprawić, by nowe, perowskitowe, panele słoneczne były bardziej przyjazne środowisku; na razie bowiem materiał opiera się na toksycznym ołowiu - dodaje szef projektu, prof. Janusz Lewiński. A jaki jest idealny panel słoneczny z marzeń Rashmi Runjhun? Powinien być, rzecz jasna, wydajny – mówi doktorantka. Poza tym tani w produkcji, stabilny (przynajmniej 10 lat dobrej aktywności) i przyjazny środowisku. No i oczywiście giętki. Taki, żeby np. można było nanosić fotowoltaiczną warstwę na tkaniny. Już nigdy nie groziłby nam urlop pod namiotem bez prądu. « powrót do artykułu