作者 Daisy Chuang | 發布日期 2023 年 09 月 25 日 10:00 | 分類 太陽能 , 奈米 , 材料
如果要提高電池效率、太陽能轉換效率，通常不會想到「磷」這個材料，但現在科學家發現，若將磷與砷合金化，就能創造出新的奈米材料家族，形成高導電度的單原子厚帶材，變成下一代電池、太陽能電池和量子電腦的理想候選材料。
磷英國倫敦大學學院研究人員發現，當磷加上砷製成合金時，就有不同的效果，通訊作者之一 Adam Clancy 表示，研究一番磷奈米帶與砷合金後，發現更多材料可能性，新材料能夠改善電池和超級電容的儲存容量，也可以用來增強醫療使用的近紅外線探測器。
技術上來說，研究人員提到的奈米帶為一個原子厚的磷烯，由黑磷組成的 2D 材料，2019 年倫敦大學學院研究人員就發現磷奈米帶的潛力，發現可以用於鈣鈦礦太陽能電池，提高轉換效率。
如今為了提高磷的電導度，他們引入了「微量」的砷，開發出新的奈米材料：砷磷合金奈米帶（AsPNR），團隊把磷和砷薄片形成的晶片，在溫度 -50 °C 與液態氨中的鋰混合在一起，24小時後除去氨並以有機溶劑取而代之後，鋰離子會因為薄片材料的原子結構，只能沿單一方向移動而形成裂紋，最終變成帶狀材料。
團隊發現 AsPNR 在 -140 °C 以上具有高導電性，同時保留純磷奈米帶的特性，有著極佳的「電洞遷移率」，能讓電流更高效移動。研究人員表示，由於 AsPNR 能提高電池的儲電量以及充放電速度，因此可以省去碳填充劑，如果在太陽能電池中添加 AsPNR，就能改善裝置中的電荷流動、提高太陽能轉換效率。
Clancy 表示，砷磷帶具有磁性，未來也能應用在量子電腦，另一方面來說，在不斷擴大的奈米材料家族中，新材料也證明合金化是強大的材料特性與應用控制工具，且團隊認為，由於能在液體大量製造奈米材料 AsPNR，這種大量且低成本材料可應用於不同的領域。
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（首圖來源：Flickr/David Goehring CC BY 2.0）