科學(xué)家將無定形碳用于太陽能轉(zhuǎn)換

據(jù)Mining.com網(wǎng)站報道，芝加哥大學(xué)的研究人員利用一種新的方法來了解無定型碳的電子屬性。

與碳原子堆疊成完美重復(fù)的三維晶體形成鉆石或碳原子重復(fù)平板排列成石墨不同，通常呈現(xiàn)為黑色材料的無定形碳沒有重復(fù)的分子結(jié)構(gòu)，因此研究起來更具挑戰(zhàn)性。

“我們需要了解無序碳如何在分子尺度上設(shè)計能夠用于太陽能轉(zhuǎn)換的材料”，該研究項目首席科學(xué)家朱莉婭·加利（Giulia Galli）在媒體發(fā)布會上表示。

加利指出，幾十年來，科學(xué)家們一直在使用經(jīng)典力學(xué)定律，比如描述汽車如何加速的一組方程來模擬原子在無定型碳中的移動方式。

對于元素周期表上的重原子來說，這些經(jīng)典方程能夠幾乎能夠完全展現(xiàn)材料屬性。但是對于多種形式特別是無定形碳來說，以加利為首的團隊發(fā)現(xiàn)僅有這些方程是不夠的。

這位研究者過去30年來一直試圖采用量子力學(xué)方法對分子和固體特性進行模擬。她的職業(yè)生涯最初就是研究無定形碳，最近有了新認識以后又重新投入此項研究。

在對無定形碳的電子特性進行了新的模擬之后，這一次結(jié)合量子原理來描述碳原子的電子和原子核的運動。加利和她的團隊發(fā)現(xiàn)，兩者都使用量子力學(xué)而不是原子核所用的經(jīng)典力學(xué)對于準確預(yù)測無定形碳的性質(zhì)至關(guān)重要。

例如，使用他們改進的量子力學(xué)模型，該小組預(yù)測電導(dǎo)率要比預(yù)期的高。

這一發(fā)現(xiàn)不僅有助于理解無定形碳，還有助于理解其他類似的無定形固體。

不過，據(jù)科學(xué)家稱，還有許多工作要做，因為無定形碳材料的密度不同，其性質(zhì)有所差別，而其密度又取決于制備材料的方法。

“有序的晶體結(jié)構(gòu)只有一種，而無序的方式有很多”，本文共同作者阿潘·昆杜（Arpan Kundu）表示。