砷磷合金奈米帶開啟電池、太陽能電池和量子運算的潛力
重點摘要
創造新奈米材料
- 將磷和砷合金化，形成高導電性、薄型態的帶狀材料，適用於先進科技。
提升磷導電性
- 將磷與砷合金化可提高其實用性和導電性。
生產與結構
- 以特定條件混合磷、砷和鋰來製造砷磷合金納米帶，形成單原子厚的帶狀結構。
關鍵特性
砷磷合金納米帶具有高導電性和優異的「空穴遷移率」。
它們出乎意料地展現磁性，對於量子計算具有潛在應用。
擴展應用
砷磷合金納米帶可能增強電池的能量儲存和充電速度。
可改善太陽能電池中的電荷流動和效率。
意義
合金化提供了一個強大的工具來控制奈米材料的特性和應用。
可大規模生產砷磷合金納米帶，以成本效益方式應用於各種用途。
倫敦大學學院Adam J. Clancy & Christopher A. Howard 研究團隊通過合金化磷和砷創造了新的奈米材料，形成高導電性的奈米帶，厚度僅為一個原子。這種創新使得它們成為提升下一代電池、太陽能電池和量子計算機性能的有前途的候選材料。
單獨的磷電導性較差，限制了其實際應用。但與微量砷合金化後，其特性得到改變。倫敦大學學院的研究人員利用特定化學裂解過程合成了這些砷磷合金奈米帶（AsPNRs）。
在2019年，研究人員發現磷奈米帶作為太陽能電池的一層可以提高對陽光的能量收集。在他們目前的研究中，他們將磷-砷片層夾在零下58°F（-50°C）的鋰層中進行了24小時。24小時後，將氨溶劑去除並更換成有機溶劑。這導致片層裂成帶狀結構，因為鋰離子只能朝一個方向移動。
研究人員發現，砷磷合金奈米帶保留了純磷奈米帶的有用特性，但具有極大的導電性，特別是在130 K（-226°F/-140°C）以上。它們表現出極高的「空穴遷移率」，使電流能夠高效流動。
與純磷不同，砷磷合金奈米帶不需要與導電填料配對即可應用於電池中。它們優越的電荷傳遞能力可以實現更快的充電，並具有更大的儲存容量。
奈米帶的增強導電性也為更高效的太陽能電池打開了可能。它們意外的磁性使其對新興的量子計算應用具有潛力。
這顯示了奈米尺度的合金化具有定制不同用途所需特性的能力，從能源收集到高性能電子和傳感器。簡單的生產過程可進行規模化製造，以實現廣泛商業應用。
關鍵字：solar cell, AsPNRs
Figure1. a) 描述 bAsP 晶體結構，強調 As/P 原子隨機排列，AsPNR 具有相同基面結構。b) 展示了 bAsP 和 Li(AsP)9 的 pXRD 圖譜。c) 顯示了 AsPNR 在 DMF 中的 UV-Vis 光譜，附有試管插圖。d) 展示了從 DMF 溶液滴加到矽片上的 (i) bAsP、(ii) Li(AsP)9 和 (iii) AsPNRs 的拉曼光譜。
Figure5. 以電洞唯一的空載載子壓電裝置架構為基礎的對數-對數 J-V 圖，包括ITO/PEDOT:PSS/PTAA/Au和ITO/PEDOT:PSS/PTAA/AsPNR/Au。
