Forscher der UCL haben winzige Ribbons aus Phosphor entwickelt, die mit geringen Mengen an Arsen legiert sind. Diese nanometerdünnen Strukturen haben das Potenzial, die Effizienz von Batterien, Supercapacitors und Solarzellen deutlich zu verbessern. Die Phosphor-Nanoribbons wurden 2019 entdeckt und haben bisher die Lebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien und die Effizienz von Solarzellen verbessert. Allerdings weisen reine Phosphor-Materialien eine begrenzte elektrische Leitfähigkeit für bestimmte Anwendungen auf. Durch das Hinzufügen winziger Mengen von Arsen können die Nanoribbons jedoch auch bei Temperaturen unter -140°C elektrischen Strom leiten, während sie die vorteilhaften Eigenschaften der reinen Phosphor-Ribbons beibehalten.

Die legierten Ribbons haben Potenzial in der Energiespeicherung, in der Nahinfrarotdetektion in der Medizin und in der Quantencomputertechnologie. Die gleiche Technik könnte auch verwendet werden, um Legierungen mit Elementen wie Selen oder Germanium herzustellen. Durch die Verwendung der arsen-phosphorischen Nanoribbons, die keine leitfähigen Materialien wie Kohlenstoff benötigen, kann die Energieaufnahme und -entladung von Batterien verbessert werden. In Solarzellen verbessern sie den Ladungsfluss und steigern die Effizienz. Die Ribbons, die normalerweise aus wenigen Lagen bestehen und mehrere Mikrometer lang sowie einige Nanometer breit sind, können kostengünstig in verschiedenen Anwendungen im großen Maßstab hergestellt werden.

Die Entdeckung der Phosphor-Ribbons wurde 2019 an der UCL von einem interdisziplinären Forscherteam um Professor Chris Howard gemacht. Die Studie betont auch die Bedeutung von Legierungen bei der Kontrolle der Eigenschaften und potenziellen Anwendungen von Nanomaterialien.

Einführung

Die Einführung gibt einen kurzen Überblick über die Forschung an der UCL. Dabei wird erwähnt, dass Phosphor-Arsen-Nanobänder entwickelt wurden, die nur eine Atomlage dick sind und das Potenzial haben, die Effizienz von Batterien, Supercapacitors und Solarmodulen zu verbessern.

Hintergrund der Phosphor-Nanobänder

Dieser Abschnitt erklärt die vorherige Entdeckung von Phosphor-Nanobändern im Jahr 2019. Es wird erläutert, wie diese Nanobänder zunächst verwendet wurden, um die Leistung von Lithium-Ionen-Batterien und Solarmodulen zu verbessern. Es wird jedoch auch auf die Einschränkungen von reinen Phosphormaterialien in Bezug auf elektrische Leitfähigkeit eingegangen und der Bedarf an Legierung mit anderen Elementen erwähnt.

Die Vorteile der Legierung mit Arsen

In diesem Abschnitt werden die Vorteile des Hinzufügens geringer Mengen von Arsen zu Phosphor-Nanobändern untersucht. Es wird erklärt, wie dieser Legierungsprozess den Nanobändern ermöglicht, bei extrem niedrigen Temperaturen Strom zu leiten und dabei die vorteilhaften Eigenschaften der reinen Phosphor-Bänder beizubehalten. Der Abschnitt hebt das Potenzial dieser legierten Bänder für Anwendungen in der Energiespeicherung, in der nahen Infrarot-Detektion und in der Quantencomputertechnologie hervor.

Steuerung von Nanomaterialien durch Legierungstechniken

Hier diskutieren wir die breiteren Auswirkungen der UCL-Forschung und die Möglichkeiten der Legierung zur Steuerung der Eigenschaften von Nanomaterialien. Es wird die Möglichkeit erwähnt, mit derselben Technik Legierungen mit Elementen wie Selen oder Germanium herzustellen, um das Anwendungsspektrum weiter zu erweitern.

Auswirkungen auf die Energiespeicherung

In diesem Abschnitt gehen wir genauer auf die Auswirkungen von Phosphor-Arsen-Nanobändern auf die Energiespeichertechnologie ein. Es wird erklärt, wie diese Nanobänder, durch den Verzicht auf ein leitfähiges Material wie Kohlenstoff, die Energiespeicherkapazität und die Lade-/Entlade-Geschwindigkeit von Batterien verbessern können. Es wird auch näher auf mögliche Anwendungen in verschiedenen Batterietechnologien eingegangen.

Steigerung der Effizienz von Solarmodulen

In diesem Abschnitt untersuchen wir, wie Phosphor-Arsen-Nanobänder die Effizienz von Solarmodulen verbessern können. Wir diskutieren, wie sie den Ladefluss erhöhen und die Gesamteffizienz des solarthermischen Umwandlungsprozesses steigern. Dieser Abschnitt erwähnt auch mögliche Anwendungen dieser Nanobänder in der Solarmodultechnologie.

Herstellung und Eigenschaften von Phosphor-Arsen-Nanobändern

Dieser Abschnitt liefert detaillierte Informationen zur Herstellung und den Eigenschaften von Phosphor-Arsen-Nanobändern. Es wird der Prozess des Mischens von Phosphor- und Arsenkristallen mit in flüssigem Ammoniak gelöstem Lithium erklärt, was zur Bildung von atomaren Strukturen führt, die eine einseitige Bewegung von Lithiumionen ermöglichen. Es werden auch die Abmessungen der Nanobänder und ihre hohe “Löchermobilität” erwähnt, die die Effizienz des Stromtransports verbessert.

Skalierbarkeit und Kosteneffizienz

Hier diskutieren wir das Potenzial für die großflächige Produktion von Phosphor-Arsen-Nanobändern auf kosteneffiziente Weise. Wir betonen den Vorschlag der Forscher, dass diese Nanobänder in großem Maßstab hergestellt werden können und sich daher für verschiedene Anwendungen in der Energiespeicherung, Solarmodulen und anderen Bereichen eignen.

Resümee

Im Resümee fassen wir die wichtigsten Punkte zu Phosphor-Arsen-Nanobändern zusammen und betonen ihr Potenzial zur Steigerung der Effizienz von Energiespeicherung und Solarmodulen. Wir heben die Bedeutung der UCL-Forschung als Durchbruch im Bereich der Nanomaterialien und die vielversprechenden Möglichkeiten für zukünftige Entwicklungen hervor.

Quelle

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