Νέα μέθοδος δημιουργίας κρυστάλλων πορώδους πυριτίου

Οι πορώδεις κρύσταλλοι πυριτίου είναι απλώς κρύσταλλοι πυριτίου με κενά στη δομή της τάξης των 2-50 νανόμετρων. Αυτές οι οπές δίνουν στον κρύσταλλο μια πολύ μεγάλη αναλογία επιφάνειας προς όγκο. Το πορώδες πυρίτιο χρησιμοποιείται σε ποικίλες εφαρμογές, όπως οπτικούς αισθητήρες, επαναφορτιζόμενες μπαταρίες και μηχανική ιστών. Το πορώδες πυρίτιο σε ηλιακούς συλλέκτες μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη διάσπαση του νερού σε υδρογόνο και οξυγόνο χρησιμοποιώντας το ηλιακό φως.

Τυπικά, το πορώδες πυρίτιο παράγεται με χάραξη πλακών πυριτίου με ισχυρά οξέα και νερό ή εφαρμόζοντας ρεύμα ενώ το πυρίτιο επιπλέει σε ένα λουτρό υδροφθορικού οξέος. Αυτές οι διεργασίες σπαταλούν πολύ πυρίτιο για την παραγωγή πορώδους πυριτίου. Οι μηχανολόγοι μηχανικοί στο Penn State ανακάλυψαν μια διαδικασία για τη μείωση αυτών των αποβλήτων και τη δημιουργία κρυστάλλων με τρύπες που κυμαίνονται από 5 έως 15 νανόμετρα σε διάμετρο. Η μέθοδός τους χτίζει τους κρυστάλλους αντί να καταστρέφει το πυρίτιο.

Ξεκινούν με τετραχλωριούχο πυρίτιο και αρχίζουν να διασπούν τους δεσμούς πυριτίου-χλωρίου με ένα κράμα νατρίου καλίου. Το χλώριο αρχίζει να σχηματίζει νέους δεσμούς καθώς το υλικό στεγνώνει με τα ιόντα νατρίου και καλίου που δημιουργούν κρυστάλλους χλωριούχου νατρίου και άλατος χλωριούχου καλίου ενσωματωμένους στη μήτρα κρυστάλλων πυριτίου. Το υλικό θερμαίνεται για να στερεοποιηθεί η μήτρα πυριτίου και στη συνέχεια πλένεται με νερό για να διαλυθούν και να ξεπλυθούν τα άλατα. Τα σημεία όπου βρίσκονταν οι κρύσταλλοι αλατιού είναι τώρα οι τρύπες σε πορώδες πυρίτιο.

Ας ελπίσουμε ότι αυτή η νέα διαδικασία κατασκευής θα καταστήσει το πορώδες πυρίτιο πιο άμεσα διαθέσιμο σε ερευνητές και μηχανικούς για να βρουν νέες χρήσεις για αυτό το καταπληκτικό υλικό.