Leichtgewichtig wie eine Fensterfolie und vervielfältigbar wie eine Zeitung, gedeihen sich organische Solarzellen zu einer praktikablen Lösungskonzept zu Gunsten von den wachsenden Energieverbrauch jener Nation.
Forscher jener University of Illinois Urbana-Champaign nach sich ziehen denn erste eine biologische Faktor namens Enantiomorphie beobachtet, die in achiralen konjugierten Polymeren auftritt, die zum Gestaltung flexibler Solarzellen verwendet werden. Ihre Erfindung könnte dazu hinzufügen, die Ladekapazität jener Zellen zu verbessern und den Zugang zu erschwinglicher erneuerbarer Kraft zu verbessern.
Die gewundene Baustil jener DNA ist zu Gunsten von viele denn Helix erkennbar. Strukturell werden DNA und andere helikale Moleküle denn chiral klassifiziert: unsymmetrisch, sodass eine Interferenz mit einem Spiegelbild unmöglich ist. Dieser Terminus stammt vom griechischen Wort zu Gunsten von Hand, welches gleichwohl ein Paradebeispiel ist. Stellen Sie sich verknüpfen linken Handabdruck uff einem Periodikum Papier vor, gefolgt von einem rechten Handabdruck schonungslos darüber. Die beiden Drucke sind nicht sauber in Linie gebracht; Ihre Hand ist wie ihre DNA chiral.
Von Händen und Füßen solange bis hin zu Kohlenhydraten und Proteinen ist die Enantiomorphie in dasjenige Erbgut des Menschen verdreht. Es ist gleichwohl in jener Natur reichlich vorhanden und verstärkt sogar die Reaktion, die die Photosynthese antreibt.
„Enantiomorphie ist eine faszinierende biologische Faktor“, sagte Ying Diao, außerordentliche Professorin zu Gunsten von Chemie- und Biomolekulartechnik und Hauptforscherin jener Studie.
„Die Prozedur vieler Biomoleküle ist schonungslos mit ihrer Enantiomorphie verbunden. Nehmen Sie die Proteinkomplexe, die an jener Photosynthese beteiligt sind. Wenn sich Elektronen durch die spiralförmigen Strukturen jener Proteine in Bewegung setzen, wird ein effektives Magnetfeld erzeugt, dasjenige hilft, durch Licht erzeugte gebundene Ladungen zu trennen. Dasjenige bedeutet, dass Licht effizienter in Biochemikalien umgewandelt werden können.“
Wissenschaftler nach sich ziehen größtenteils beobachtet, dass Moleküle mit ähnlichen Strukturen dazu tendieren, zu Gunsten von sich zu bleiben: Chirale Moleküle fügen sich zu chiralen Strukturen zusammen (wie Nukleinsäuren, die DNA zusammenfügen), und achirale Moleküle fügen sich zu achiralen Strukturen zusammen. Diao und ihre Kollegen beobachteten irgendetwas anderes. Unter den richtigen Bedingungen können achirale konjugierte Polymere von jener Norm abweichen und sich zu chiralen Strukturen zusammenlagern.
Ihr Beschränkung erscheint in Nature Communications und stellt neue Möglichkeiten zu Gunsten von die Wissenschaft an jener Konvergenz von Lebenslehre und Elektronik vor. Zum ersten Mal können Wissenschaftler eine chirale Struktur uff die unzähligen Materialien anwenden, die achirale konjugierte Polymere benötigen, um zu funzen.
Insbesondere Solarzellen: hauchdünne Solarmodule, die uff die Größe eines Computerbildschirms verkleinert werden. Die flexiblen Zellen existieren vollwertig aus organischen Materialien, sind transparent und leichtgewichtig genug, um an einem Schlafzimmerfenster zu kleben. Sie lassen sich gleichwohl schnell mit Lösungsdruck herstellen, dem Verfahren, dasjenige zum Drucken von Zeitungen verwendet wird.
„Organische Solarzellen können mit hoher Leistung und niedrigen Preis gedruckt werden, womit sehr wenig Kraft verbraucht wird. Stellen Sie sich vor, dass Solarzellen eines Tages so kostengünstig wie Zeitungen sind und Sie sie zusammenfalten und in Ihrem Rucksack herumtragen könnten“, sagte Diao.
Konjugierte Polymere sind entscheidend zu Gunsten von die Weiterentwicklung und dasjenige Gestaltung jener Zellen.
„Jetzt, da wir dasjenige Potenzial zu Gunsten von chirale konjugierte Polymere erschlossen nach sich ziehen, können wir jene biologische Faktor uff Solarzellen und andere Elektronik anwenden und daraus lernen, wie Enantiomorphie die Photosynthese in jener Natur verbessert. Mit effizienteren organischen Solarzellen, die so schnell hergestellt werden können, können wir unter Umständen täglich Gigawatt Kraft erzeugen, um den schnell steigenden globalen Energieverbrauch zu decken“, sagte Diao.
Hinwieder erneuerbare Energien sind nur eines von vielen Feldern, die von jener Vereinigung von Enantiomorphie und konjugierten Polymeren profitieren. Zu den vielfältigen Anwendungen könnten Verbraucherprodukte wie Batterien und Smartwatches, Quantencomputer und biobasierte Sensoren in Besitz sein von, die Evidenz von Krankheiten im Leib wiedererkennen können.
„Dieses bemerkenswerte Zu Tage treten von Enantiomorphie in konjugierten Polymeren könnte neue Wege zu Gunsten von Anwendungen jenseits von Solarzellen eröffnen. Polarisationsempfindliche Bildgebung, intelligentes maschinelles Sehen, chiralitätsselektive Katalyse und sogar die Weiterentwicklung neuartiger, leichter topologischer mechanischer Metamaterialien, die Stöße abschirmen können und Minimierung jener Auswirkungen. Unsrige Arbeit bietet verknüpfen direkten Einblick, wie jene Anwendungen realisiert werden können“, sagte Qian Chen, außerordentlicher Professor zu Gunsten von Materialwissenschaften und -technik und Mitautor dieser Studie.
Zu Gunsten von ihre Erfindung kombinierten die Forscher zunächst achirale konjugierte Polymere mit einem Solvens. Anschließend gaben sie die Lösungskonzept tropfenweise uff verknüpfen Objektträger. Wie die Lösungsmittelmoleküle verdampften und die Polymere zurückließen, wurde die Lösungskonzept immer konzentrierter. In Bälde begannen die komprimierten achiralen Polymere, sich selbst zu Strukturen zusammenzufügen.
Molekulare Selbstorganisation ist kein ungewöhnliches Phänomen. Wie die Konzentration jener Lösungskonzept zunahm, beobachteten die Forscher jedoch, dass sich die achiralen Polymere nicht wie erwartet zu achiralen Strukturen zusammensetzten. Stattdessen bildeten sie Spiralen.
„Durch die Linse eines Mikroskops beobachteten wir die verdrehte Form und helikale Struktur jener Polymere. Die Einrichtungen in Beckmans Microscopy Suite nach sich ziehen dazu beigetragen, jene Erfindung zu zuteil werden lassen“, sagte Hauptautor und Postdoktorand Kyung Sun Park.
Darüber hinaus fanden die Forscher hervor, dass die Weiterentwicklung jener Struktur von chiral zu achiral nicht in einem einzigen Schritttempo erfolgt, sondern in einer mehrstufigen Sequenz, in jener sich kleinere Helices zu immer komplexeren chiralen Strukturen zusammenfügen.
Fortschrittliche Molekulardynamiksimulationen halfen den Forschern, die Schritte im molekularen Messlatte in dieser Sequenz zu ratifizieren, die mit bloßem Sehorgan nicht zu sehen sind.
„Die Molekulardynamiksimulation war zu Gunsten von jene Wissenschaft von entscheidender Geltung. Ebenso wichtig war dasjenige kollaborative Umfeld des Beckman Institute, dasjenige die Verschmelzung von Molekulardynamik mit Mikroskopie und Chemie förderte“, sagte Diwakar Shukla, außerordentlicher Professor zu Gunsten von Chemie- und Biomolekulartechnik und Mitautor dieser Studie.
Forschungsbericht:Chirale Emergenz unter mehrstufiger hierarchischer Organisation achiraler konjugierter Polymere
ähnliche Sinister
Beckman Institute for Advanced Science and Technology
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Die USA setzen die Zölle uff Solarmodule zu Gunsten von vier asiatische Länder aus, nicht zu Gunsten von VR China
Washington (AFP) 6. Rosenmonat 2022
Staatschef Joe Biden wird am Montag die Zölle uff Importe von Solarmodulen aus Kambodscha, Malaysien, Thailand und Vietnam – immerhin nicht aus VR China – zu Gunsten von zwei Jahre aussetzen, da die USA versuchen, die heimische Produktion sauberer Kraft anzukurbeln, sagte dasjenige Weiße Haus. Bidens Regierung wird sich gleichwohl uff den Defense Production Act (DPA) ernennen, um die heimische Produktion zu beschleunigen, und die Kaufkraft jener Bundesregierung nutzen, um die Nachfrage zu steigern, heißt es in einem Datenblatt. VR China ist unmöglich, da dasjenige Handelsministerium untersucht, ob … weiterlesen
