L’elettronica autoriparante è in arrivo Leave a comment


Concetto astratto di reticolo di nanocristalli

Concetto di artista astratto.

Al Technion si stanno esplorando nanomateriali autorigeneranti utilizzabili in pannelli solari e altri dispositivi elettronici.

Dal Terminator alla tuta di Spiderman, robot e dispositivi autoriparanti abbondano nei film di fantascienza. In realtà, però, l’usura riduce l’efficacia dei dispositivi elettronici fino a quando non devono essere sostituiti. Cos’è lo schermo rotto del tuo cellulare che si ripara da solo durante la notte, oi pannelli solari che forniscono energia ai satelliti riparando continuamente i danni causati dalle micro-meteoriti?

Il campo dei materiali autoriparanti è in rapida espansione e ciò che era fantascienza potrebbe presto diventare realtà, grazie agli scienziati del Technion – Israel Institute of Technology che hanno sviluppato semiconduttori ecologici di nanocristalli in grado di autorigenerarsi. Le loro scoperte, recentemente pubblicate in Materiali funzionali avanzati, descrivono il processo in cui un gruppo di materiali chiamati perovskiti doppie mostra proprietà di autoriparazione dopo essere stato danneggiato dalla radiazione di un fascio di elettroni. Le perovskiti, scoperte per la prima volta nel 1839, hanno recentemente attirato l’attenzione degli scienziati grazie alle caratteristiche elettro-ottiche uniche che le rendono altamente efficienti nella conversione dell’energia, nonostante la produzione poco costosa. Uno sforzo speciale è stato dedicato all’uso di perovskiti a base di piombo in celle solari ad alta efficienza.

Il gruppo di ricerca Technion del professor Yehonadav Bekenstein della Facoltà di scienze dei materiali e ingegneria e dell’Istituto a stato solido del Technion è alla ricerca di alternative verdi al piombo tossico e all’ingegneria delle perovskiti prive di piombo. Il team è specializzato nella sintesi di cristalli su scala nanometrica di nuovi materiali. Controllando la composizione, la forma e le dimensioni dei cristalli, cambiano le proprietà fisiche del materiale.

I nanocristalli sono le particelle di materiale più piccole che rimangono naturalmente stabili. La loro dimensione rende alcune proprietà più pronunciate e consente approcci di ricerca che sarebbero impossibili su cristalli più grandi, come l’imaging utilizzando la microscopia elettronica per vedere come si muovono gli atomi nei materiali. Questo è stato, infatti, il metodo che ha permesso la scoperta dell’autoriparazione nelle perovskiti senza piombo.

Le nanoparticelle di perovskite sono state prodotte nel laboratorio del Prof. Bekenstein utilizzando un processo breve e semplice che prevede il riscaldamento del materiale a 100°C per alcuni minuti. Quando il dottorato gli studenti Sasha Khalfin e Noam Veber hanno esaminato le particelle utilizzando un microscopio elettronico a trasmissione, hanno scoperto l’eccitante fenomeno. Il fascio di elettroni ad alta tensione utilizzato da questo tipo di microscopio ha causato guasti e buchi nei nanocristalli. I ricercatori sono stati quindi in grado di esplorare come questi buchi interagiscono con il materiale che li circonda e si muovono e si trasformano al suo interno.

Hanno visto che i fori si muovevano liberamente all’interno del nanocristallo, ma ne evitavano i bordi. I ricercatori hanno sviluppato un codice che ha analizzato dozzine di video realizzati utilizzando il microscopio elettronico per comprendere le dinamiche di movimento all’interno del cristallo. Hanno scoperto che i buchi si sono formati sulla superficie delle nanoparticelle e poi si sono spostati in aree energeticamente stabili all’interno. La ragione del movimento dei fori verso l’interno è stata ipotizzata essere molecole organiche che rivestono la superficie dei nanocristalli. Una volta rimosse queste molecole organiche, il gruppo ha scoperto che il cristallo ha espulso spontaneamente i fori in superficie e fuori, tornando alla sua struttura originaria, in altre parole, la crosta si è riparata da sola.

Questa scoperta è un passo importante verso la comprensione dei processi che consentono alle nanoparticelle di perovskite di autoguarirsi e apre la strada alla loro incorporazione nei pannelli solari e in altri dispositivi elettronici.

Riferimento: “L’autoguarigione dei vuoti di cristallo nei doppi nanocristalli di perovskite è correlato alla passivazione della superficie” di Sasha Khalfin, Noam Veber, Shaked Dror, Reut Shechter, Saar Shaek, Shai Levy, Yaron Kauffmann, Leonid Klinger, Eugen Rabkin e Yehonadav Bekenstein, 23 dicembre 2021, Materiali funzionali avanzati.
DOI: 10.1002 / adfm.202110421

Il Prof. Yehonadav Bekenstein ha completato la sua laurea in Fisica e Chimica presso l’Università Ebraica di Gerusalemme. A seguito di una borsa di studio post-dottorato presso il Università della California, Berkeley, è entrato a far parte della facoltà Technion nel 2018. Ha ricevuto numerosi riconoscimenti, tra cui il Premio Käte e Franz Wiener (Excellent PhD Thesis Award), la borsa di studio Rothschild per studiosi post-dottorato e la borsa di studio Alon per l’integrazione di una facoltà eccezionale. Nel 2020 ha ricevuto l’ERC Starting Grant per gli scienziati all’inizio della carriera.





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