يعد هذا الاكتشاف خطوة مهمة في فهم الآليات التي تسمح لجسيمات البيروفسكايت النانوية بشفاء نفسها وتمهد الطريق لدمج هذه المواد في الخلايا الشمسية والأجهزة الإلكترونية الأخرى.
عندما نتعرض للخدش أو الإصابة بشكل سطحي، يعرف جسمنا كيفية شفاء الجرح بنفسه، أو على الأكثر بمساعدة الحد الأدنى من الجص أو المطهر. تعمل العديد من المجموعات البحثية حول العالم على تطوير مواد ذات خصائص مماثلة، والتي ستعرف كيفية إصلاح نفسها دون مساعدة خارجية. نعلم جميعًا مدى الإحباط الذي نشعر به عندما نكتشف أن شاشة الهاتف مكسورة وعلينا استبدالها، وبالطبع هناك مشاكل أكبر - على سبيل المثال، عطل في الألواح الشمسية التي تقود القمر الصناعي في الفضاء. تخيل الآن أن شاشتك ولوحتك الشمسية في الفضاء ستعرفان كيفية إصلاح نفسيهما والعودة إلى الوظيفة الكاملة. تشارك العديد من المجموعات البحثية حول العالم في هذا التحدي: تطوير مواد ذاتية الشفاء.
أخبار إيجابية في هذا الصدد تأتي الآن من مجموعة بحث الدكتور يهونداف بيكنشتاين من كلية علوم وهندسة المواد ومعهد الحالة الصلبة في التخنيون. قام الدكتور بيكنشتاين وطلاب الدكتوراه ساشا هالبين ونعوم بار بتطوير بلورات نانومترية شبه موصلة، صديقة للبيئة، تعرف كيف تشفي نفسها بنفسها. في مقال في المجلة المواد الوظيفية المتقدمة وهي توضح كيف تعمل المواد التي تسمى "البيروفسكايت المزدوج" على إصلاح العيوب التي نشأت فيها بعد التعرض لإشعاع الإلكترون المخترق.
مواد البيروفسكايت معروفة للعلم منذ أكثر من قرن من الزمان، ولكن في السنوات الأخيرة فقط أصبح من الواضح أن مجموعة البيروفسكايت الهاليدية القائمة على الرصاص تتميز بخصائص كهروضوئية فريدة تمنحها ميزة كبيرة على السيليكون، على سبيل المثال. كفاءة عالية في تحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء. يعد إنتاج البيروفسكايت رخيصًا لأنه يتم إنتاجه ومعالجته في درجات حرارة منخفضة نسبيًا مقارنة بالسيليكون، ومن الممكن إنشاء صفائح مرنة منه تمهد الطريق لمجموعة واسعة من التطبيقات. تتمتع البيروفسكايت المزدوجة بميزة بيئية، لأنها قد تقضي على استخدام الرصاص، وهو معدن شديد السمية، يتم دمجه حاليًا في أجهزة البيروفسكايت لتحويل الطاقة.
تتخصص مجموعة أبحاث الدكتور بيكنشتاين في نمو بلورات البيروفسكايت النانومترية وإنشاء أسطح البيروفسكايت ذات الخصائص الفيزيائية الخاصة. في الدراسة الموصوفة في المواد الوظيفية المتقدمة أنتج باحثو التخنيون بلورات نانومترية في عملية قصيرة وبسيطة في الهواء الطلق، مع تسخين المادة إلى 100 درجة مئوية. وقام الباحثون بتتبع البلورات بواسطة مجهر إلكتروني مخترق، واكتشفوا أن شعاع الإلكترون القوي للمجهر أحدث عيوبا فيها على شكل مساحات داخلية صغيرة.
ورأى الباحثون أن الفراغات المذكورة تتحرك حول مركز الجسيم ولكن تتجنب مغادرة المركز باتجاه حوافه، كما لو أن جدارًا مخفيًا يسد طريقها للخروج. واستناداً إلى تصوير العشرات من مقاطع الفيديو وتحليلها بالكمبيوتر، تمكن الباحثون من إنتاج صورة للديناميكيات التي تحدث في البلورة في الوقت الفعلي. واكتشفوا أن التجاويف المذكورة تتشكل على سطح البلورة، عندما يقوم شعاع الإلكترون بطرد الذرات من المادة، لكنها بعد تكوينها تهاجر إلى نقاط التوازن داخل البلورة. ويوضح الباحثون أن هذه الهجرة ترجع إلى أسباب حيوية تتعلق بوجود جزيئات عضوية تغطي سطح البلورة. عندما أزالوا تلك الجزيئات، هاجرت الفراغات إلى سطح البلورة، وتمت إعادة تبلور المنطقة الداخلية من البلورة تلقائيًا إلى حالتها الأولية الخالية من العيوب. بكلمات اخرى: شفيت البلورة نفسها.
يعد هذا الاكتشاف خطوة مهمة في فهم الآليات التي تسمح لجسيمات البيروفسكايت النانوية بشفاء نفسها وتمهد الطريق لدمج هذه المواد في الخلايا الشمسية والأجهزة الإلكترونية الأخرى.
تم دعم البحث من قبل مؤسسة العلوم الوطنية، وهيئة الابتكار الإسرائيلية، وTT (زمالة ألون)، ومعهد راسل بيري لتقنية النانو في التخنيون، ومركز هيلين ديلر الكمي في التخنيون.
بالنسبة للمقال في Eת المواد الوظيفية المتقدمة
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
تعليقات 3
يبدو أننا سنرى قريبًا بطاريات لا تنفد أو مع شحن لا نهاية له بينما تقوم بالشفاء الذاتي للأجزاء التالفة من البطارية.
هو ابننا.
سؤال جانبي ينبع من محض فضول: هل يعرف أحد ما إذا كان هناك صلة بين يهونداف بيكنشتاين ويعقوب بيكنشتاين المشهور بإنتروبيا الثقوب السوداء؟