Grafeen vormt team met silicium en perovskiet in zonnecellen

Zonnecel silicium/perovskiet

De opbouw van de ‘dubbelcel’ (perovskiet/silicium). Het perovskiet schijnt de zwarte laag te zijn (afb: F. Lang HZB)

Onderzoekers van het Helmholtz-centrum in Berlijn hebben een proces ontwikkeld om de kwetsbare perovskietlagen te bedekken met grafeen als contactmateriaal. In combinatie met silicium zou deze meerlaagse zonnecel een groter deel van het zonnespectrum omzetten in elektrische energie. Lees verder

DNA lijkt opslagmedium voor lange tijd

Fossiele botten

Uit botten die honderdduizenden jaren oud zijn valt nog DNA te pulken

Eeuwen hebben we het met informatie op papier gedaan en dat ging eigenlijk best aardig. Het probleem daarbij is alleen dat je er lastig dingen in kunt opzoeken. De digitale revolutie brengt daarin uitkomst, maar is meteen ook een bedreiging. Al je bestanden of programmaatjes die je ooit op een diskette had staan, waar zijn die nu? Bij de opslag van grote hoeveelheden gegevens, vliegen we ook van de ene techniek naar de volgende. Onderzoekers van de ETH in Zürich, Zwitserland, denken in met silicium omhulde DNA een tijdbestendige opslagvorm te hebben. O ja?
Lees verder

Je printplaatje blijkt oplosbaar

Oplosbare elektronica

Oplosbare elektronica

Er zijn oplosbare siliciumplaten en -sensoren ontwikkeld door onderzoekers van de universiteit van Illinois. Dan moet ik meteen denken aan de speurtocht naar afbreekbare kunststoffen. Net zo vreemd. Dan heb je een duurzaam materiaal en dan wil je dat het wordt afgebroken. Ik zou zeggen: maak geen wegwerpproducten. Maar goed, die oplosbare elektronische circuits leken me bijzonder. Waarom wil iemand dat soort dingen oplosbaar maken. We gaan op onderzoek. Ah, ik zie het al: medische toepassingen, zogeheten elektroceutica. De implantaten verdwijnen zonder kwalijke stoffen achter te laten na gedane arbeid. Leuk idee? De onderzoekers gaan er in ieder geval mee op een beurs staan in november.
Lees verder

Lithiumelektrode verdrievoudigt capaciteit Li-batterij

Lithium-anode

Een met koolstof bedekte elektrode van lithium moet li-batterijen met hoge capaciteit opleveren (onder. Die truc is al eerder geprobeerd, maar dat mislukte (bovenste reeks).


Er wordt een hoop onderzoek gedaan naar het verbeteren van lithiumbatterijen. Dat onderzoek gaat vooral de richting op van het verbeteren van de elektroden van de li-batterijen door die, plat gezegd, poreus te maken. De favoriete elektrode (anode) is van silicium, maar de elektroden in een lithiumbatterijen dijen uit en krimpen in naar gelang het lithium die elektrode verlaat of opzoekt bij de laad/ontlaadcycli. Dat beperkt de levensduur van de batterijen en is ook nog eens onvoordelig voor de capaciteit van de lithium-batterijen. Een anode van lithium zou helemaal top zijn, maar dat is in de praktijk nogal lastig. Het lijkt er op dat onderzoekers van de Stanford-universiteit dat voor elkaar hebben gekregen. Daarmee zou de capaciteit van lithiumbatterijen minstens verdrievoudigen. Na 150 laad/ontlaadcycli heeft die batterij nog 99% over van zijn oorspronkelijke capaciteit. Nog niet helemaal de 99,9% die die zou moeten hebben. Lees verder

Zelforganisatie gebruikt om microcomponenten te bouwen

Zelforganiserende siliciummikrokubussen

Een kubusje samengevouwen door een waterdruppel

Zelforganisatie is een van de fenomenen waar levende systemen gebruik van maken, maar die eigenschap zou ook handig zijn bij het ‘bouwen’ van nanokleine figuurtjes voor, bijvoorbeeld, de elektronica of voor gerichte medicijnafgifte. Onderzoekers van de universiteit Twente hebben een truc bedacht om met behulp van water ‘bouwplaten’ van ruimtelijke figuren zichzelf te laten opbouwen tot 3d-figuurtjes zoals kubussen of piramides, zij het op mikroschaal. Lees verder

Een kwantumcircuit is zo eenvoudig nog niet

Kwantumchip

De chip van de toekomst?

Britse, Nederlandse  (TU Delft) en Japanse onderzoekers hebben in een gezamenlijk project een functioneren-de, redelijk ingewikkelde kwantum-schakeling gemaakt van silicium, waarmee zowel fotonen zijn te genereren als (dat onbegrijpelijke fenomeen) verstrengeling mogelijk is. De schakeling bestaat uit twee fotonenbronnen op een silciumchip die kwantummechanisch met elkaar wisselwerken. Volgens de onderzoekers kan het kwantumdinkske gebruikt worden voor de verwerking van informatie en voor moeilijke kwantumoptische experimenten.
Lees verder

Grafeen ‘maakt zich klaar’ voor zonnecellen

Ach, grafeen is overal goed voor. Ook voor zonnecellen. Grafeen geleidt de elektriciteit als de beste en is transparant voor zonlicht. Klein probleem: grafeen bestaat slechts uit een honingraatachtige structuur met een dikte van slechts 1 (schrijve een) koolstofatoom. Maak daar maar eens fatsoenlijke zonnecellen van. Dat betekent dat grafeen moet samenwerken met andere materialen, maar die kunnen de, zo voortreffelijke, eigenschappen van grafeen drastisch veranderen. Gelukkig blijkt dat grafeen het prima kan vinden met silicium, vanouds hét materiaal voor zonnecellen.

Si-grafeen

Grafeen bedekt met silicium houdt zijn eigenschappen

Lees verder

Voor het eerst chip met koolstofnanobuisjes gemaakt

De koolstofcomputer

Cedric met daarvoor een plak met koolstofchips (foto: Stanford-universiteit)

Heeft kiezel (=silicium) zijn langste tijd gehad als kern-materiaal van computers? Als dat zo is dan gebeurt dat niet van vandaag op morgen. Koolstofnanobuisjes hebben de toekomst, is de verwachting.  Onderzoekers van de universiteit van Stanford (VS) hebben nu voor het eerst een simpele chip met (maar) 178 transistoren gemaakt, waar niet silicium maar nanobuisjes de elektronen ‘vervoeren’. De computer, Cedric gedoopt, is nog erg traag en kan niet verder dan 32 tellen. “Het is een simpele computer”, zegt onderzoeker Subhasish Mitra, “maar geen triviale.” Sommigen spreken al weer van een ‘doorbraak’, maar dat woord wordt maar al te vaak misbruikt. Lees verder

Rijstkaf kan leven lithiumbatterijen verlengen

Lithiumbatterijen zijn populair vanwege hun lage gewicht en  grote energiedichtheid, maar er valt nog wel wat aan te verbeteren. De elektroden van de batterijen bestaan uit grafiet (een vorm van koolstof), maar door de steeds herhaalde cycli van laden en ontladen vallen die elektroden op den duur uit elkaar, omdat die laadcycli gepaard gaan met het zwellen en krimpen van de elektroden als gevolg van de ‘mobiliteit’ van het lithium-ion.
Silicium zou een goede vervanger zijn van grafiet, omdat een batterij met siliciumelektroden 10 keer meer lading kan bevatten dan met grafiet. Het probleem is alleen dat silicium nog sneller uit elkaar valt door krimpen en uitzetten dan grafiet.
Er lijkt een uitweg te zijn: rijstkaf (de velletjes rond de rijstkorrel). Dat kaf is rijk aan siliciumoxide (silica). Volgens  Jang Wook Choi van het Koreaans Instituut voor wetenschap en technologie  in Daejeon zouden gaatjes in het kafje, bedoeld om lucht door te laten, er voor kunnen zorgen dat het daaruit gewonnen silicium poreus wordt. In die poriën is dan plaats voor de lithium-ionen/-atomen, zodat de elektrode door laden en ontladen niet steeds opzwelt en inkrimpt.
Om te kijken of dat idee ook werkt heeft Choi silica uit kaf (silica is siliciumdioxide oftewel zand) omgezet in puur silicium en daarvan elektroden voor batterijen gemaakt. Na 200 laad-/ontlaad-cycli bleek de batterij niet achteruit te zijn gegaan. Normaal gaat het bij een batterij met op de klassieke wijze geproduceerd silicium na 10 tot 15 cycli al bergafwaarts. Of de poreuze kafelektroden ook daadwerkelijk zullen worden toegepast is afhankelijk van de uiteindelijke kosten in vergelijking met die van grafiet-lithiumbatterijen. Het is al  bewezen dat siliciumelektroden met kunstmatige nanostructuur werken. Dan kunnen we maar beter de ‘natuurlijke’ route nemen, denkt Choi.

Bron: New Scientist

Een piepkleine transistor zonder halfgeleider

Een transistor zonder halfgeleiders Yoke Khin Yap, hoogleraar natuurkunde aan de technische universiteit van Michigan, heeft veldeffecttransistors ontwikkeld waar geen halfgeleider aan te pas komt. De, nog experimentele, transistor, bestaat uiterst minieme gouddruppels ter grootte van 3 nanometer ( 1nm is eenmiljoenste millimeter) en nanobuisjes van boornitride. Boornitride is een isolator (geleidt geen elektriciteit).
Nu is silicium nog het favoriete materiaal in de elektronica, maar dat materiaal loopt tegen de grenzen van zijn mogelijkheden aan. Steeds maar kleiner levert op de duur geen bruikbare transistors meer op. Er ontstaan ‘lekeffecten’.  Siliciumtransistors verkwisten een hoop energie in de vorm van warmte. 
Het maken van de goudtransistors was relatief simpel. Met een laser werden de gouddruppeltjes op het boornitridebuisje aangebracht. Door die nanobuisjes konden die druppels zo klein zijn en zo regelmatig verdeeld worden. In Oak Ridge nationaal laboratorium werden aan beide zijden van zo’n reeks gouddruppeltjes op een boornitridebuisje elektroden aangebracht (zie plaatje).

Toen gebeurde er iets interessants. De elektronen ’tippelden’ netjes een voor een van gouddruppel naar gouddruppel alsof dat stapstenen waren in een rivier, waardoor je met droge voeten aan de overkant kan komen. Dat kan eigenlijk niet, omdat de bolletjes fysiek gescheiden zijn en boornitride een isolator is. Dat ‘onmogelijke’ effect wordt het kwantumtunneleffect genoemd.
In de praktijk betekent dat boven een bepaalde spanning de transistor zich als geleider gedraagt, daaronder als isolator. Er treden geen lekeffecten op zoals bij silicium en dat zou betekenen dat de goudtransistoren letterlijk koel zijn.
Er zijn al eerder transistors gemaakt die gebruik maken van het kwantumtunneleffect, maar die werken bij zeer lage temperaturen van vloeibaar helium (-269 °C). In theorie zouden de goudtransistoren nog kleiner gemaakt kunnen worden. Yap heeft zijn transistor aangemeld als internationaal octrooi. Zijn onderzoek is medegefinancierd door het Amerikaanse ministerie van energie DoE.

Bron: Eurekalert