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科学家综合了一种全新的硅形式

时间:2021-09-30 17:24:59 来源:

这种新的硅藻土型同类型(沸石CAS)具有由5-,6-和8元的SP3键合硅环构成的开放式框架。图像是蒂莫西斯特罗布尔的礼貌。

使用小说高压前体进程,来自卡内基科学机构的科学家已经合成了一种全新的硅形式。

华盛顿,D.C. - 硅是地壳中的第二个最丰富的元素。纯化时,它需要一个金刚石结构,这对于现代电子设备至关重要 - 碳是生物学,因为硅是技术。由Timothy Strobel领导的卡内基科学家团队综合了一种全新的硅形式,这是一个承诺更大的未来应用。他们的工作在自然材料中发表。

尽管硅在当今技术中令人难以置信的常见,但其所谓的间接带隙半导体特性防止其考虑用于下一代的高效应用,例如发光二极管,更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)材料根本无电流。半导体材料表现出中范围的电导率。当半导体材料经受特定能量的输入时,结合的电子可以移动到更高能量的导电状态。使得这种跳跃到导电状态所需的特定能量被定义为“带隙”。虽然直接带隙材料可以有效地吸收和发光,但不能像金刚石结构硅一样吸收和发光,不能。

为了使硅更具吸引力的新技术,需要改变其间接带隙。Strobel和他的团队-Carnegie's Duck Young Kim,Stevce Stefanoski和Oleksandr KurakeVych(现在在Sorbonne) - 能够合成一种新的硅形式,具有准直接的带隙,落在所需的太阳能吸收范围内,有些东西从未实现过。

它们所产生的硅是一种所谓的同性恋者,其意味着相同元件的不同物理形式,以与钻石和石墨是碳的相同方式。与传统的金刚石结构不同,这种新的硅交络包括一个有趣的开放框架,称为沸石型结构,该结构由具有五个,六个和八元硅环的通道组成。

他们使用新型高压前体工艺创建了它。首先,在高压条件下形成硅和钠Na 4 Si 2 4的化合物。接下来,将该化合物回收到环境压力中,并通过真空加热完全除去钠。由此得到的纯硅同性恋,Si24具有用于太阳能转换技术的理想带隙,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,并且可能发光。Si24在环境压力下稳定到至少842华氏度(450摄氏度)。

“高压前体综合代表新型能源材料的全新前沿,”讲述了斯波尔。“使用独特的高压工具,我们可以访问具有实际潜力的新型结构来解决常设材料挑战。在这里,我们展示了硅的先前未知的属性,但是我们的方法是完全不同的材料易于扩展的。这些新结构在大气压下保持稳定,因此较大体积的缩放策略可能完全可能。“

“这是实验性和理论协作的一个重要例子,”金说。“先进的电子结构理论和实验融合,以促进令人兴奋的前景。我们认为,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物质的不同材料。“

这项工作得到了极端环境(EFREE)的支持,由美国能源部资助的极端环境(EFREE),是由美国能源部资助的能源前沿研究中心。

出版物:Duck Young Kim,等人,“硅的开放式框架交通素的合成”自然材料(2014); DOI:10.1038 / NMAT4140

图像:蒂莫西散步


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