Investigadores de la Universidad de California en Los Ángeles han creado nanocintas fosforescentes de un átomo de espesor que podrían mejorar la eficiencia de baterías, supercondensadores y células solares.
En 2019, investigadores del University College de Londres descubrieron nanocintas de fósforo. Descrito como un “material maravilloso” debido a su capacidad para revolucionar una variedad de dispositivos, se ha utilizado para aumentar la vida útil de las baterías de iones de litio y la eficiencia de las células solares.
Sin embargo, los materiales compuestos únicamente de fósforo no conducen bien la electricidad, lo que dificulta su uso en algunas aplicaciones.
Para combatir esto, el equipo creó nuevas nanocintas fosforescentes añadiendo una pequeña cantidad de arsénico.
El estudio publicado en Revista de la Sociedad Química Estadounidense, Se descubrió que las nuevas nanocintas pueden conducir electricidad a temperaturas superiores a -140°C, conservando al mismo tiempo las propiedades altamente beneficiosas de las cintas que contienen únicamente fósforo.
Aplicaciones de las nanocintas de fósforo.
El equipo descubrió que las nanocintas de fósforo tienen un gran potencial para una variedad de aplicaciones.
El autor principal, el Dr. Adam Clancy (Química de la UCL), dijo: “Los primeros trabajos experimentales ya han demostrado la notable promesa de las nanocintas de fósforo, que el equipo de la UCL creó por primera vez en 2019. En 2021, por ejemplo, se demostró que agregar nanocintas como una capa de células Las células solares de perovskita les permitieron aprovechar más energía del sol.
“Nuestro último trabajo sobre la nanoaleación de fósforo con arsénico abre nuevas posibilidades, en particular, mejorar el almacenamiento de energía en baterías y supercondensadores, y mejorar los detectores de infrarrojo cercano utilizados en medicina.
«También se ha demostrado que las cintas de arsénico y fósforo son magnéticas, lo que creemos que proviene de átomos a lo largo del borde, lo que las hace potencialmente interesantes también para las computadoras cuánticas».
Ventajas de la aleación
Actualmente, las nanocintas de fósforo deben mezclarse con un material conductor como el carbono para usarse como material anódico en baterías de iones de litio o de iones de sodio.
Al agregar arsénico en lugar de carbono, se mejora la cantidad de energía que la batería puede almacenar y la velocidad a la que se puede cargar o descargar.
En las células solares, las nanocintas de arsénico y fósforo pueden mejorar el flujo de carga a través de los dispositivos. Esto mejora la eficiencia celular.
«En términos más generales, el estudio muestra que la aleación es una herramienta poderosa para controlar las propiedades y, por tanto, las aplicaciones y el potencial de esta creciente familia de nanomateriales».
El equipo argumentó que su tecnología podría usarse para fabricar aleaciones que combinen fósforo con otros elementos como el selenio o el germanio.
Propiedades de las tiras de arsénico y fósforo.
Las cintas de fosforescencia del equipo suelen tener varias capas de alto, varios micrómetros de largo y decenas de nanómetros de ancho.
Se fabricó mezclando cristales formados a partir de láminas de fósforo y arsénico con litio disuelto en amoníaco líquido a -50°C.
La estructura atómica de las placas significa que los iones de litio pueden viajar en una sola dirección. Como no pueden moverse hacia los lados, el material se agrieta y crean las bandas.
Las nanocintas de arsénico y fósforo también tienen una movilidad de agujeros extremadamente alta. Los agujeros son el compañero opuesto de los electrones en el transporte eléctrico, por lo que mejorar su movilidad ayuda a que la corriente eléctrica se mueva de manera más eficiente.
Producción a gran escala de nanocintas.
Las nanocintas se pueden producir a gran escala utilizando un líquido para aplicación en volumen. Esto se puede hacer a bajo costo y para una variedad de aplicaciones diferentes.
Desde que el equipo lo descubrió, más de 100 estudios teóricos han predicho nuevas e interesantes propiedades que podrían surgir de la producción de cintas estrechas de este material.
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