Από το Terminator μέχρι το κοστούμι του Spiderman, ρομπότ και συσκευές που επισκευάζονται μόνοι τους αφθονούν σε ταινίες επιστημονικής φαντασίας. Στην πραγματικότητα, ωστόσο, η φθορά μειώνει την αποτελεσματικότητα των ηλεκτρονικών συσκευών μέχρι να χρειαστεί να αντικατασταθούν. Τι θεραπεύεται η ραγισμένη οθόνη του κινητού σας τηλεφώνου μέσα στη νύχτα ή τα ηλιακά πάνελ που παρέχουν ενέργεια στους δορυφόρους επιδιορθώνοντας συνεχώς τη ζημιά που προκαλούν οι μικρομετεωρίτες;

Ο τομέας των αυτοεπισκευαζόμενων υλικών επεκτείνεται γρήγορα, και αυτό που ήταν παλιά επιστημονική φαντασία θα μπορούσε σύντομα να γίνει πραγματικότητα, χάρη στους επιστήμονες του Technion-Ινστιτούτου Τεχνολογίας του Ισραήλ που ανέπτυξαν φιλικούς προς το περιβάλλον ημιαγωγούς νανοκρυστάλλων ικανών να αυτοθεραπεύονται. Τα ευρήματά τους, που δημοσιεύθηκαν πρόσφατα στο Προηγμένα Λειτουργικά Υλικά, περιγράφουν τη διαδικασία, κατά την οποία μια ομάδα υλικών που ονομάζονται διπλοί περοβσκίτες εμφανίζουν αυτοθεραπευτικές ιδιότητες αφού υποστούν βλάβη από την ακτινοβολία μιας δέσμης ηλεκτρονίων. Οι περοβσκίτες, που ανακαλύφθηκαν για πρώτη φορά το 1839, έχουν προσελκύσει πρόσφατα την προσοχή των επιστημόνων λόγω των μοναδικών ηλεκτροοπτικών χαρακτηριστικών που τους καθιστούν εξαιρετικά αποδοτικούς στη μετατροπή ενέργειας, παρά τη φθηνή παραγωγή. Έχει καταβληθεί ιδιαίτερη προσπάθεια για τη χρήση περοβσκιτών με βάση το μόλυβδο σε ηλιακά κύτταρα υψηλής απόδοσης.

Η ερευνητική ομάδα Technion του καθηγητή Yehonadav Bekenstein από τη Σχολή Επιστημών και Μηχανικής Υλικών και το Ινστιτούτο Στερεάς Κατάστασης στο Technion αναζητά πράσινες εναλλακτικές λύσεις στον τοξικό μόλυβδο και στους μηχανικούς περοβσκίτες χωρίς μόλυβδο. Η ομάδα ειδικεύεται στη σύνθεση κρυστάλλων νανοκλίμακας νέων υλικών. Ελέγχοντας τη σύνθεση, το σχήμα και το μέγεθος των κρυστάλλων, αλλάζουν τις φυσικές ιδιότητες του υλικού.

Οι νανοκρύσταλλοι είναι τα μικρότερα σωματίδια υλικού που παραμένουν φυσικά σταθερά. Το μέγεθός τους κάνει ορισμένες ιδιότητες πιο έντονες και επιτρέπει ερευνητικές προσεγγίσεις που θα ήταν αδύνατες σε μεγαλύτερους κρυστάλλους, όπως η απεικόνιση χρησιμοποιώντας ηλεκτρονικό μικροσκόπιο για να δούμε πώς κινούνται τα άτομα στα υλικά. Αυτή ήταν, στην πραγματικότητα, η μέθοδος που επέτρεψε την ανακάλυψη της αυτοεπισκευής στους αμόλυβδους περοβσκίτες.

ο νανοσωματίδια περοβσκίτη παρήχθησαν στο εργαστήριο του καθηγητή Bekenstein χρησιμοποιώντας μια σύντομη, απλή διαδικασία που περιλαμβάνει θέρμανση του υλικού στους 100°C για λίγα λεπτά. Όταν ο Ph.D. Οι μαθητές Sasha Khalfin και Noam Veber εξέτασαν τα σωματίδια χρησιμοποιώντας α ηλεκτρονικό μικροσκόπιο μετάδοσης, ανακάλυψαν το συναρπαστικό φαινόμενο. Η δέσμη ηλεκτρονίων υψηλής τάσης που χρησιμοποιείται από αυτό το είδος μικροσκοπίου προκάλεσε σφάλματα και τρύπες στους νανοκρυστάλλους. Οι ερευνητές μπόρεσαν στη συνέχεια να εξερευνήσουν πώς αυτές οι τρύπες αλληλεπιδρούν με το υλικό που τις περιβάλλει και κινούνται και μεταμορφώνονται μέσα σε αυτό.

Είδαν ότι οι τρύπες κινούνταν ελεύθερα μέσα στον νανοκρύσταλλο, αλλά απέφευγαν τις άκρες του. Οι ερευνητές ανέπτυξαν έναν κώδικα που ανέλυσε δεκάδες βίντεο που έγιναν χρησιμοποιώντας το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο για να κατανοήσουν τη δυναμική κίνησης μέσα στον κρύσταλλο. Διαπίστωσαν ότι σχηματίστηκαν τρύπες στην επιφάνεια των νανοσωματιδίων και στη συνέχεια μετακινήθηκαν σε ενεργειακά σταθερές περιοχές μέσα. Ο λόγος για την κίνηση των οπών προς τα μέσα υποτέθηκε ότι ήταν οργανικά μόρια που επικαλύπτουν την επιφάνεια των νανοκρυστάλλων. Μια φορά αυτά οργανικά μόρια αφαιρέθηκαν, η ομάδα ανακάλυψε ότι ο κρύσταλλος εκτόξευσε αυθόρμητα τις τρύπες στην επιφάνεια και έξω, επιστρέφοντας στην αρχική του παρθένα δομή – με άλλα λόγια, ο φλοιός επισκευάστηκε μόνος του.

Αυτή η ανακάλυψη είναι ένα σημαντικό βήμα προς την κατανόηση των διαδικασιών που επιτρέπουν περοβσκίτης νανοσωματίδια για να αυτοθεραπευθούν και ανοίγει το δρόμο για την ενσωμάτωσή τους σε ηλιακούς συλλέκτες και άλλες ηλεκτρονικές συσκευές.