Molekulare Nanobänder als elektronische Autobahnen | 2020

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Anonim

Die Nanobänder bestehen aus Molekülen der chemischen Formel 6,6 -Phenyl-C61-buttersäuremethylester. Kurz gesagt wird es als PCBM bezeichnet und in der Praxis ist es ein Fullerenmolekül (ein fußballförmiges Kohlenstoffmolekül) mit einem daran befestigten Seitenarm, um seine Löslichkeit zu erhöhen. PCBM-Moleküle werden üblicherweise in organischen Solarzellen verwendet, da sie sehr gut in der Lage sind, freie Elektronen zu transportieren, die durch Sonnenlicht "erzeugt" werden.

Die Forscher der Umeå University und der UC Berkeley haben nun eine Methode entwickelt, um solche Moleküle in dünne, kristalline Nanobänder mit einer Breite von nur vier Nanometern zu ordnen. Die Nanobänder werden in einem Lösungsverfahren mit ziemlich hoher Effizienz gezüchtet und alle Nanobänder haben eine einzigartige Morphologie mit Kanten in einem Zickzack.

"Es ist ein sehr faszinierendes Material und die Methode ist recht einfach. Das Material ähnelt den bekannteren Graphen - Nanobändern, aber in unserem Material wird jedes Kohlenstoffatom durch ein Molekül" ersetzt "", sagt Thomas Wågberg, Associate Professor am Department of Physik, der die Studie geleitet hat.

Die Ergebnisse sind aus mehreren Gründen interessant; Es ist das erste Mal, dass mit dieser Art von Molekülen Strukturen mit so geringen Abmessungen hergestellt wurden, und die Abmessungen der Nanobänder legen nahe, dass sie sich ideal als "elektronische Autobahnen" in organischen Solarzellen eignen sollten. Eine organische Solarzelle besteht normalerweise aus zwei Arten von Material, einem, das die Elektronen leitet, und einem, das die "Löcher" leitet, die zurückbleiben, wenn das Elektron einen Energieschub vom einfallenden Sonnenlicht erhält (man kann den Transport von "Loch" sehen) "als leerer Raum im rückwärts fahrenden Verkehr in einer vorwärts fahrenden Verkehrswarteschlange).

Ein Elektronenleiter in organischen Solarzellen sollte idealerweise lange Wege zur Elektrode bilden, gleichzeitig aber dünner als 10-15 Nanometer (ungefähr 10.000-mal dünner als ein normales Haar) sein. Die neu entwickelten PCBM-Nanobänder erfüllen alle diese Anforderungen.

"Gemeinsam mit der Arbeitsgruppe von Professor Ludvig Edman am Institut für Physik der Universität Umeå untersuchen wir dieses Material nun weiter als potenziellen Bestandteil in organischen Solarzellen, um solche Geräte effizienter zu machen", sagt Thomas Wågberg.

Unsere Studie ist natürlich auch aus fundamentalen Gründen interessant, da sie die Möglichkeit eröffnet, wichtige physikalische Eigenschaften molekularer Materialien mit nanoskaligen Dimensionen zu untersuchen.

Über Nanobänder

Kohlenstoffnanostrukturen existieren in vielen verschiedenen Formen. Graphen ist eine einzelne Schicht von Kohlenstoffatomen, die unter bestimmten Umständen in Nanobänder "gerissen" werden kann. Aufgrund der Verringerung der Abmessungen in einer Richtung weisen die Graphen-Nanobänder viele einzigartige Eigenschaften auf. Fullerene hingegen sind fußballförmige Moleküle, die ebenfalls aus Kohlenstoffatomen aufgebaut sind, während PCBM Fulleren-ähnliche Moleküle mit mehreren interessanten Eigenschaften und einem daran befestigten Seitenarm sind, um ihre Löslichkeit zu erhöhen. In der aktuellen Studie konnten die Forscher Nanobänder konstruieren, die PCBM-Moleküle anstelle von Kohlenstoffatomen enthalten, sodass die Struktur stark an ein Graphen-Nanoband in molekularer Form erinnert.