University College Londonin tutkijat ovat kehittäneet yhden atomin paksuisia nauhoja, jotka koostuvat fosforin ja arseenin seoksesta. Tällä läpimurtomateriaalilla on potentiaalia parantaa merkittävästi eri laitteiden, kuten akkujen, superkondensaattorien ja aurinkokennojen, suorituskykyä.
Fosforinanonauhat löydettiin jo vuonna 2019. Sitä on sittemmin käytetty litiumioniakkujen käyttöiän ja aurinkokennojen tehokkuuden lisäämiseen. Vain fosforia sisältävät nanonauhat eivät kuitenkaan johda kovin hyvin sähköä, mikä estää niiden käytön monissa sovelluksissa.
Uudessa tutkimuksessa, joka julkaistiin Journal of the American Chemical Society -lehdessä, tutkijat loivat fosforista ja pienistä määristä arseenia nanonauhoja, jotka pystyivät johtamaan sähköä yli -140 asteen lämpötiloissa säilyttäen samalla samat hyödylliset ominaisuudet, jotka ovat tuttuja vain fosforia sisältävistä nauhoista.
UCL:n kemian laitosta vetävän Adam Clancyn mukaan arseenin lisääminen fosforinanonauhaan avaa uusia mahdollisuuksia erityisesti paristojen ja superkondensaattorien energian varastointikyvyn parannukseen. Lääketieteessä nauhat voivat tehostaa lähi-infrapunailmaisimien toimintaa.
- Arseeni-fosforinauhat ovat myös osoittautuneet magneettisiksi, joiden uskomme tulevan reunojen atomeista, mikä tekee niistä mahdollisesti kiinnostavia myös kvanttitietokoneille.
Jotta fosforinanonauhoja voidaan käyttää anodimateriaalina litiumioni- tai natrium-ioni-akuissa, ne on tällä hetkellä sekoitettava johtavan materiaalin kuten hiilen kanssa. Lisäämällä arseenia hiilitäyteainetta ei enää tarvita ja se voidaan poistaa. Tämä lisää akun varastoitavan energian määrää ja nopeutta, jolla se voidaan ladata ja purkaa. Aurinkokennoissa puolestaan arseeni-fosfori-nanonauhat voivat edelleen parantaa varausvirtausta laitteiden läpi, mikä lisää kennojen tehokkuutta.
UCL:n tutkimusryhmän luomat arseeni-fosforinauhat olivat tyypillisesti muutaman kerroksen korkeita, useita mikrometrejä pitkiä ja kymmeniä nanometrejä leveitä. Ne valmistettiin sekoittamalla fosfori- ja arseenilevyistä muodostuneita kiteitä nestemäiseen ammoniakkiin liuotetun litiumin kanssa -50 asteessa.
Nanonauhojen keskeinen ominaisuus on, että niillä on myös erittäin korkea "reikien liikkuvuus". Reiät ovat elektronien vastakkaisia kumppaneita sähköliikenteessä, joten niiden liikkuvuuden parantaminen (mitta nopeudesta, jolla ne liikkuvat materiaalin läpi) auttaa sähkövirtaa liikkumaan tehokkaammin.
Nanonauhat voitaisiin valmistaa mittakaavassa nesteessä, jota voitaisiin sitten käyttää niiden levittämiseen pienin kustannuksin erilaisiin sovelluksiin.
Kuva: DALL-E
