写于 2018-11-21 05:04:03| 龙8娱乐平台网站| 龙8国际pt官方网站

这种新的沸石型硅同素异形体(与沸石CAS同型)具有由5-,6-和8-元sp3-键合的硅环组成的开放式骨架

图片由Timothy Strobel提供

卡内基科学研究所的科学家利用一种新型的高压前驱体工艺合成了一种全新的硅形式

华盛顿特区 - 硅是地壳中第二丰富的元素

经过净化处理后,它呈现出一种对现代电子设备至关重要的金刚石结构 - 碳对于生物学而言就像硅技术一样

由蒂莫西斯特罗贝尔领导的卡内基科学家团队合成了一种全新的硅形式,这种形式承诺将来会有更多应用

他们的工作发表在Nature Materials上

尽管硅在当今的技术中非常普遍,但其所谓的间接带隙半导体特性使其无法被考虑用于下一代高效应用,如发光二极管,高性能晶体管和某些光伏器件

金属物质容易传导电流,而绝缘(非金属)材料根本不传导电流

半导体材料表现出中等范围的导电性

当半导体材料经受特定能量的输入时,束缚电子可以移动到更高能量的导电状态

使其跳跃到导电状态所需的比能被定义为“带隙”

虽然直接带隙材料可以有效地吸收和发射光,但是间接带隙材料(如金刚石结构的硅)不能

为了使硅在新技术中更具吸引力,需要改变其间接带隙

Strobel和他的团队 - 卡内基的Duck Young Kim,Stevce Stefanoski和Oleksandr Kurakevych(现在在Sorbonne) - 能够合成一种具有准直接带隙的新形式的硅,该带隙落在所需的太阳能吸收范围内,具有从未实现过

他们创造的硅是所谓的同素异形体,这意味着同一元素的不同物理形式,就像钻石和石墨都是碳的形式一样

与传统的金刚石结构不同,这种新的硅同素异形体由一种有趣的开放式框架组成,称为沸石型结构,其由具有五元,六元和八元硅环的通道组成

他们使用新型高压前驱工艺制造了它

首先,在高压条件下形成硅和钠的化合物Na4Si24

接下来,将该化合物回收至环境压力,并通过在真空下加热完全除去钠

由此产生的纯硅同素异形体Si24具有理想的太阳能转换技术带隙,并且可以比传统的金刚石结构硅更有效地吸收和潜在地发射光

Si24在环境压力下稳定至至少842华氏度(450摄氏度)

“高压前驱体合成代表了新能源材料的一个全新前沿,”斯特罗贝尔说

“使用独特的高压工具,我们可以获得具有真正潜力的新结构,以解决常备材料的挑战

在这里,我们展示了以前未知的硅属性,但我们的方法很容易扩展到完全不同的材料类别

这些新结构在大气压力下保持稳定,因此更大规模的缩放策略可能是完全可能的

“”这是实验和理论合作的一个很好的例子,“Kim说

“先进的电子结构理论和实验已融合在一起,提供了一个令人兴奋的前景的真实材料

我们相信高压研究可用于解决当前的能源挑战,我们现在将这项工作扩展到具有同样令人兴奋的特性的不同材料

“这项工作得到了DARPA和极端环境能源前沿研究(EFree)的支持

前沿研究中心由美国能源部科学办公室资助

出版物:Duck Young Kim等人,“Synthesis of a open-framework allotrope of silicon”,Nature Materials(2014); doi:10.1038 / nmat4140消息来源:卡内基科学研究所图片:Timothy Strobel