Journal of Materials Research

Nghiên cứu về pin mặt trời hữu cơ đã phát triển trong vòng 30 năm qua, nhưng đặc biệt trong thập kỷ qua, nó đã thu hút sự quan tâm khoa học và kinh tế do sự gia tăng nhanh chóng về hiệu suất chuyển đổi năng lượng. Thành tựu này đạt được nhờ việc giới thiệu các vật liệu mới, cải tiến kỹ thuật vật liệu và cấu trúc thiết bị tinh vi hơn. Hiện nay, hiệu suất chuyển đổi năng lượng mặt trời vượt quá 3% đã được thực hiện với một số khái niệm thiết bị. Mặc dù hiệu suất của các thiết bị hữu cơ dạng màng mỏng này chưa đạt đến mức của các đối thủ vô cơ (η ≈ 10–20%); triển vọng sản xuất rẻ (sử dụng, ví dụ, quy trình cuộn-cuộn) thúc đẩy sự phát triển của các thiết bị quang điện hữu cơ theo cách năng động. Hai kỹ thuật sản xuất cạnh tranh được sử dụng ngày nay là xử lý dung dịch ướt hoặc bay hơi nhiệt khô của các thành phần hữu cơ. Lĩnh vực pin mặt trời hữu cơ đã hưởng lợi nhiều từ sự phát triển của đi-ốt phát sáng dựa trên công nghệ tương tự, đã gia nhập thị trường gần đây. Chúng tôi xem xét hiện trạng hiện tại của lĩnh vực pin mặt trời hữu cơ và thảo luận về các công nghệ sản xuất khác nhau cũng như nghiên cứu các thông số quan trọng để cải thiện hiệu suất của chúng.

Khi công nghệ chuẩn bị phim kim cương bằng phương pháp CVD hỗ trợ plasma và các quy trình liên quan đã phát triển, phổ Raman đã nổi lên như một trong những công cụ đặc trưng chính cho các vật liệu kim cương. Kim cương lập phương có một chế độ phonon bậc nhất hoạt động Raman duy nhất tại tâm của vùng Brillouin. Sự hiện diện của các đường phổ Raman sắc nét cho phép kim cương lập phương được nhận diện so với nền carbon graphit và cũng cho phép đặc trưng hóa carbon graphit. Những dịch chuyển nhỏ trong số sóng của dải đã được liên kết với trạng thái căng thẳng của các phim được lắp đặt. Hiệu ứng này rõ ràng nhất ở các phim kim cương lắp đặt trên các nền cứng như alumina hoặc carbide. Chiều rộng đường Raman thay đổi tùy thuộc vào chế độ chuẩn bị của kim cương và đã được liên kết với mức độ trật tự cấu trúc. Phổ Raman của kim cương lục giác (lonsdaleite) khác biệt so với kim cương lập phương và cho phép nó được nhận diện.

Đã phát hiện rằng montmorillonite được trao đổi cation với axit 12-aminolauric (12-montmorillonite) đã bị sưng bởi ∊-caprolactam để tạo ra một hợp chất xen kẽ mới. Caprolactam được polymer hóa trong các lớp của montmorillonite, một loại silicat lớp, tạo ra một hợp chất lai nylon 6-đất sét (NCH). Các lớp silicat của montmorillonite được phân tán đồng đều trong nylon 6. Các nhóm đầu carboxyl của axit 12-aminolauric trong 12-montmorillonite đã khởi đầu polymer hóa ∊-caprolactam, và khi hàm lượng 12-montmorillonite tăng lên, trọng lượng phân tử của nylon bị giảm. Từ kết quả phân tích nhóm đầu, các nhóm đầu carboxyl nhiều hơn các nhóm đầu amino. Sự khác biệt giữa các nhóm đầu carboxyl và nhóm đầu amino được quy cho các cation amoni (−NH₃⁺) của các phân tử nylon, vì sự khác biệt này phù hợp với nồng độ vị trí anion của montmorillonite trong NCH. Điều này gợi ý rằng các cation amoni trong nylon 6 tương tác với các anion trong montmorillonite.

Bài báo này tổng quan về quá khứ, hiện tại và tương lai của các vật liệu sinh học dựa trên hydroxyapatit (HAp) từ góc độ chế tạo các cấy ghép thay thế mô cứng. Các tính chất của mô cứng cũng được mô tả. Độ tin cậy cơ học của gốm HAp nguyên chất là thấp, do đó nó không thể được sử dụng làm răng hoặc xương nhân tạo. Vì lý do này, các loại composite dựa trên HAp đã được chế tạo, nhưng chỉ có hợp kim titan phủ HAp là đã tìm thấy ứng dụng rộng rãi. Trong số các loại khác, gốm HAp được điều khiển vi cấu trúc như HAp gia cường bằng sợi hoặc râu, polymer gia cường bằng HAp sợi, hay composite HAp/collagen chế tạo sinh học có vẻ là những vật liệu gốm phù hợp nhất cho các cấy ghép thay thế mô cứng trong tương lai.

Kết quả phân tích của Sneddon về sự tiếp xúc đàn hồi giữa một chốt hình trụ rắn và một nửa không gian đàn hồi được sử dụng để chỉ ra rằng có một mối quan hệ đơn giản tồn tại giữa độ cứng tiếp xúc, diện tích tiếp xúc và mô đun đàn hồi mà không phụ thuộc vào hình học của chốt. Tính tổng quát của mối quan hệ này có những tác động quan trọng đối với việc đo lường các tính chất cơ học bằng các kỹ thuật ấn ngập sử dụng cảm biến tải trọng và độ sâu, cũng như trong việc đo lường những diện tích tiếp xúc nhỏ như những gì được gặp trong kính hiển vi lực nguyên tử.

Độ cứng của bạc tinh khiết, dày và được tăng trưởng theo phương pháp epitaxy trên natri clorua được phát hiện có sự phụ thuộc vào kích thước của vết lõm, đối với các kích thước dưới ≃10 μm. Việc đo đạc hiệu ứng kích thước được tiến hành theo hai phương pháp. Trong một phương pháp, độ cứng được tính toán từ đường cong tải trọng - di chuyển có được từ một máy kiểm tra độ cứng vi mô có trang bị cảm biến, với giả định về sự tương tự hình học tự nhiên trong hình dạng mũi khoan. Trong phương pháp đo đạc khác, độ cứng được xác định từ tải trọng mà máy kiểm tra độ cứng vi mô tác động chia cho diện tích vết lõm như được đo bằng kính hiển vi lực nguyên tử. Sự biến đổi quan sát thấy trong độ cứng vi mô với kích thước vết lõm nhất quán với mô hình dẻo giản đơn theo gradient biến dạng, trong đó mật độ của các khuyết tật hình học cần thiết và khuyết tật lưu trữ ngẫu nhiên là các tham số điều chỉnh. Một sự phù hợp tương tự cũng có thể được thực hiện với một mối quan hệ tỷ lệ hình học đơn giản. Quan sát bằng kính hiển vi điện tử truyền qua một lớp phim vàng mỏng (≃50 nm) được nhúng trong các lớp bạc tiết lộ rằng sự biến dạng chủ yếu bị hạn chế ở các cạnh sắc nét của vết lõm. Ngoài ra, hiện tượng đẻo biến dạng trong vết lõm cũng được quan sát trên các mặt phẳng {1H}.

Quá trình phân tách nước bằng photokimia (PEC) để sản xuất hydro là một công nghệ đầy hứa hẹn, sử dụng ánh sáng mặt trời và nước để sản xuất hydro tái tạo kèm theo oxi như một sản phẩm phụ. Trong lĩnh vực sản xuất hydro PEC đang mở rộng, việc sử dụng các phương pháp sàng lọc tiêu chuẩn hóa và báo cáo đã trở thành một nhu cầu cần thiết. Bài báo này nhằm cung cấp hướng dẫn về các thực hành chính trong việc đặc trưng vật liệu PEC và báo cáo chính xác về hiệu suất. Tại đây, chúng tôi trình bày các định nghĩa của nhiều giá trị hiệu suất khác nhau có liên quan đến PEC, nhấn mạnh tầm quan trọng của hiệu suất chuyển đổi từ năng lượng mặt trời sang hydro, cũng như một sơ đồ quy trình với các phương pháp tiêu chuẩn cho kỹ thuật đặc trưng PEC đối với các vật liệu photoelectrode phẳng (tức là không phải là các huyền phù hạt) với trọng tâm là các bộ hấp thu có khoảng băng đơn. Các hướng dẫn này phục vụ như một nền tảng và lời giới thiệu cho một cuộc thảo luận sâu sắc và hoàn chỉnh hơn về các kỹ thuật và quy trình PEC được trình bày ở nơi khác.

Chúng tôi đã tiến hành mô phỏng phần tử hữu hạn về hiện tượng đâm xuyên hình nón đối với nhiều loại vật liệu đàn hồi-plastic khác nhau để điều tra ảnh hưởng của hiện tượng tích tụ đến độ chính xác trong việc đo độ cứng và mô đun đàn hồi bằng các kỹ thuật đâm xuyên nhận tải trọng và độ sâu. Tham số chính trong cuộc điều tra này là diện tích tiếp xúc, có thể được xác định từ các kết quả phần tử hữu hạn bằng cách áp dụng các quy trình phân tích tiêu chuẩn cho dữ liệu chuyển vị khi đâm xuyên tải trọng, như trong một thí nghiệm, hoặc trực tiếp hơn, bằng cách xem xét các hồ sơ tiếp xúc trong lưới phần tử hữu hạn. Tùy thuộc vào hành vi tích tụ của vật liệu, hai diện tích này có thể rất khác nhau. Khi hiện tượng tích tụ lớn, các diện tích suy luận từ phân tích đường cong tải trọng-chuyển vị có thể đánh giá thấp diện tích tiếp xúc thực tế lên đến 60%. Điều này dẫn đến việc ước lượng quá cao đối với độ cứng và mô đun đàn hồi. Các điều kiện mà dưới đó các sai số có ý nghĩa được xác định, và chúng tôi chỉ ra cách mà các tham số đo được từ dữ liệu tải trọng-chuyển vị có thể được sử dụng để xác định khi hiện tượng tích tụ là một yếu tố quan trọng.

Sợi nano carbon (thỉnh thoảng được gọi là sợi carbon) có thể được sản xuất với quy mô tương đối lớn thông qua quá trình phân hủy xúc tác của một số hydrocarbon trên các hạt kim loại nhỏ. Đường kính của các sợi nano được kiểm soát bởi đường kính của các hạt xúc tác chịu trách nhiệm cho sự phát triển của chúng. Bằng cách điều chỉnh cẩn thận các tham số khác nhau, có thể tạo ra các sợi nano carbon với nhiều hình thức khác nhau và đồng thời kiểm soát mức độ trật tự tinh thể của chúng. Bài báo này là một cái nhìn tổng quan về những tiến bộ gần đây trong việc phát triển các cấu trúc nano này, nhấn mạnh cả các khía cạnh cơ bản liên quan đến sự phát triển của vật liệu và một cuộc thảo luận về các yếu tố chính cho phép kiểm soát các tính chất hóa học và vật lý của chúng. Bài báo cũng chú ý đến một số ứng dụng có thể của các cấu trúc nano tập trung xung quanh sự kết hợp độc đáo của các tính chất mà vật liệu thể hiện.