Рассматривая часть материала в поперечном сечении, инженер Параг Банерджи (Parag Banerjee), кандидат наук из Вашингтонского университета в Сент-Луисе (США), вместе с коллегами обнаружил, как медь выращивает похожие на траву нанопровода, которые однажды можно будет использовать в солнечных батареях. Банерджи, ассистент профессора по науке о материалах и эксперт по работе с наноматериалами, Фей Ву (Fei Wu), научный ассистент и Юн Мюнг (Yoon Myung), защитивший докторскую научный ассистент, сделали шаг навстречу создания более экономичных солнечных батарей.
Банерджи и его коллеги работали с медной фольгой, простым материалом, похожим на алюминиевую фольгу, которую мы используем на кухне. Когда большинство металлов нагреваются, они образуют форму толстой пленки из оксида металла. Однако некоторые металлы, как медь, железо и цинк, вырастают в похожие на траву структуры, известные как нанопровода. Это – длинные, цилиндрические структуры, шириной несколько сотен нанометров и много микронов в длину. Исследователи начали изучения того, как эти нанопровода растут.
«Другие исследователи рассматривали эти провода сверху вниз, – говорит Банерджи. – Мы хотели сделать нечто другое, поэтому мы разрезали образец и посмотрели внутрь него, чтобы узнать, получим ли какую-либо новую информацию – и мы ее получили».
Результаты исследования были недавно опубликованы в журнале CrystEngComm. Исследование было спонсировано Международным центром перспективных и возобновляемых источников энергии и устойчивости и Академией по глобальному энергетическому и природному сотрудничеству имени МакДонелла.
Исследователи использовали Рамановскую спектроскопию, технологию, которая использует свет из лазерного пучка для взаимодействия с молекулярными вибрациями или другими движениями. Они обнаружили, что внутренняя толстая пленка сделана из двух оксидов меди (CuO и Cu2O), которые обладали узкими вертикальными колоннами из зерен, передвигающихся сквозь них. Между этими колоннами они обнаружили границы зерен, которые функционировали как артерии, по которым медь из нижнего слоя проталкивалась при нагревании, создавая нанопровода.
«Теперь мы изучаем этот механизм перемещения ионов, активируя и останавливая его, и смотрим, можем ли получить разные формы проводов» – говорит Банерджи, который является управляющим Лаборатории новых и используемых наноматериалов.
По словам Банерджи, как и солнечные батареи, нанопровода – это структура из одного кристалла, или продолжающаяся часть материала без зерновых границ.
«Если мы могли бы взять их и изучить некоторые из основных оптических и электронных свойств, мы могли бы в действительности создать солнечные батареи, – говорит он. – С учетом оптических свойств, оксиды из меди могут быть использованы в материале для выработки солнечной энергии».
Открытие также может быть полезным для других инженеров, которые хотят использовать оксиды из одного кристалла в научных исследованиях. Согласно Банерджи, производство одного кристалла Cu2O для исследования очень дорогостоящее – порядка 1 500 долларов США за один кристалл.
Исследователи во главе с Банерджи также изучают, в каких еще областях можно использовать нанопровода, включая полупроводники между двумя материалам, фотокатализаторы, фотоэлектрические устройства или в качестве электрода для расщепления воды.