美国能源部埃姆斯实验室的Javier Vela科学家认为，随着低维纳米材料的不断研发，计算机处理器、电视显示器和太阳能电池等相关技术将取得重大突破。

爱荷华州立大学化学系的一名副教授Vela表示，艾姆斯实验室拥有不同类型的材料合成制造方面的顶尖科学家。在许多情况下，这些新材料以块状方式呈现，这意味着它们的尺寸达到了微米以及厘米的级别。而Vela团队所研究的是微小的、纳米尺度的纳米晶体。

在受邀发表题为“低维材料合成的发展”时，Vela和Long Men 、Miles White、Himashi Andaraarachchi、Bryan Rosales等人讨论了各自在低维材料合成方面的最新近展。Vela说：“我们试图探索当材料降低到较低尺寸时，其会发生怎样的变化？是会增强还是会产生消极影响？也许我们能够发现一种前所未有的性能。扩大低维纳米材料科学的影响力是我们所要追求的目标。”

他们讨论的一个主题是锗基核壳纳米晶的合成研究。Vela说，工业技术领域对半导体纳米技术的应用这个研究方向非常感兴趣，例如太阳能电池的应用就是比较热门的一个话题。

微小的粒子可以影响很多东西，包括传输性质（纳米晶体如何导热和导电）和光学性质（它如何与光相互作用，吸收光线和发出光线）在内的一系列性能。在光伏太阳能电池中尤其如此。Vela表示，与以体积形式半导体材料制备的太阳能设备不同，纳米材料与光的相互作用使得对应的太阳能设备表现出不同的性能，它们吸收光的能力更强。而且这种装置可以操纵，它们的性能或者功率转换效率都可以进行微调。

除了太阳能电池，Vela说量子点电视、电脑显示器、包括LED（发光二极管）在内的光学设备、生物成像和通讯等领域都对纳米晶体表现出极大的兴趣。

他说，由于一些设备性能取决于所使用的纳米晶体的质量，因此在这个领域依然面临着许多挑战，你可能会发现不同的发射特性，而这将会影响光的纯度。Vela说：“最终采用的晶体尺寸对电视和电脑显示器的分辨率和清晰度影响很大。在世界范围内，电视和计算机技术是一项价值数十亿美元的业务，你可以看到，我们对纳米晶性质的了解可能给这些技术带来潜在的价值。”

Vela带领的研究团队在有机铅卤化物钙钛矿的光谱表征合成研究方面取得了进展，由于其低成本和可加工性，Vela认为这是最有前途的用于太阳能电池制造的半导体材料。他补充说，目前由这些材料制成的光伏电池功率转换效率高达22%。Vela在这一领域的研究主要集中在混合卤化物钙钛矿。他的小组已经发现这些材料具有一些有趣的化学和光学性质，而这些性质人们之前并未注意到。现在他们正试图更好地理解太阳能电池性能与这些材料的结构和化学组成之间的关系。Vela说：“我们的目标之一就是利用我们学到的东西来降低太阳能电池的生产成本，并且使得其生产过程更加可靠、简便。”
 
此外，Vela的团队正在研究如何使用低毒性物质取代传统的的铅卤化物钙钛矿，比如锗。Vela说：“原则上，这应该是更好的一个研究方向，但事实证明它不是。因为当我们能够用锗代替铅时，我们实际上已经能够生产出一种更轻的钙钛矿，而这对汽车行业可以产生积极的影响。”

“但是在交通运输应用中，这将会产生很大的影响，因为这种材料太重了。”Vela说。他的研究团队将重点在低维材料领域进行研究。

 Vela说：“我们不采用大家都熟悉的材料，而是使用一些最新的、最近发现的材料。我们希望在每一次的研究中，我们都可以促进科学的发展，并且为美国的工商业、制造业和就业做出更多的贡献。”

这项工作得到了美国能源部科学办公室的支持。艾姆斯实验室是美国能源部科学办公室所属下的国家实验室，其由爱荷华州立大学运营。艾姆斯实验室致力于材料创新、新技术和能源解决方案的研究。利用科学家们的专长、独特的能力和跨学科的合作来解决全球性问题。

美国能源部科学办公室是美国物理科学基础研究的最大的支持者，正在努力解决这个时代最紧迫的一些问题。


来源：材料科技在线