black silicon یا همان سیلیکون سیاه در سال ۱۹۸۰ به طور کاملا اتفاقی در طی آزمایشی برای تغییر ساختار سطح به شکل میخ دار (در عکسها میتوانید متوجه این نوع سطح بشوید) کشف شد. این ساختار از همان ابتدا به دلیل ضریب بازتاب بسیار پایینی که داشت – که عامل سیاه بودن آن نیز هست- بسیار مورد توجه قرار گرفت. پژوهشگران هم اکنون متوجه شدهاند که این میخهای روی سطح قادرند برای نابودی بسیاری از باکتریها نیز به کار بروند. طبیعتا اولین کاربردی که به ذهن متبادر خواهد شد تولید نسل جدیدی از سطوح ضد باکتری است.
سطوحی که بسیار شبیه به سیلیکون سیاه باشند در طبیعت نیز یافت میشود. توجه کنید که در اینجا بیشتر از خواص شیمیایی سطح منظور ما به خواص فیزیکی سطح و به طور خاص شکل آن است. برای مثال چندی پیش در مطالعهای معلوم شد که سطح بال نوعی جیرجیرک نیز از چنین خاصیت بهره مند است و باکتریهای میلهای قادر به زیست بر روی این سطوح نیستند. این موضوع آن چنان آنها را شگفت زده کرده بود که به دنبال یافتن نمونههای دیگری از این سطوح در طبیعت گشتند و در نهایت آنها توانستند نوعی سنجاقک را پیدا کنند که بالهای آن نه تنها برای باکتریهای میلهای بلکه برای باکتریهای کروی نیز کشنده است.
مجددا یادآوری میکنیم که این خاصیت تنها به ساختار و شکل سطح بستگی دارد و مستقیما ارتباطی به خواص شیمیایی ندارد. این تیم سپس در تلاش برای شبیه سازی این ساختار به طور مصنوعی توانست با استفاده از سیلیکون سیاه به هدف خود نایل شود و مقایسهای بین شاهکار طبیعت و انسان انجام دهد. به گفتهی پروفسور Crawford سرپرست این تیم هر دوی این ساختارها به خوبی قادر به از بین بردن باکتریها با نرخ ۴۵۰۰۰۰ سلول در دقیقه بر سانتی متر مربع بودند. ضمن اینکه در طیف باکتریهایی که هر دو سطح قادر به نابودی آنها بودند باکتریهای بسیار خطرناکی همچون باکتری استاف طلایی یا استافیلوکوکوس اورئوس نیز وجود داشتند.
از نتایج این پژوهشها میتوان در پوشش سطوح ایمپلنت شونده برای ضد باکتری شدن یا پوشش دهی ابزار آلات پزشکی استفاده کرد که امروزه هزینههای نسبتا سنگینی را برای استریل کردن نیاز دارند.
سیلیکون سیاه با تاباندن اشعه ی لیزر بسیار قوی به سیلیکون استاندارد در یک محیط سولفوری تولید می شود.
محققان تصمیم دارند تاثیر سلول های خورشیدی ساخته شده از سیلیکون سیاه را دو برابر کنند.در حقیقت ان ها سلول هایی را تولید کرده اند که می تواند مقدار بیشتری الکتریسیته تولید کند.دکتر کانترمن می گوید:”ما این کار را با تغییر جریان لیزری که برای تاباندن به سیلیکون به کار می رود انجام داده ایم.”
این روش به دانشمندان کمک کرده تا یک مشکل کلیدی سیلیکون سیاه را حل کنند،چون در سیلیکون معمولی اشعه ی مادون قرمز به اندازه ی کافی دارای انرژی نیست تا الکترون ها را در مسیر خود برانگیزاند و الکتریسیته تولید کند،اما سولفوری که در سیلیکون سیاه امیخته شده است یک تراز میانجی یا یک واسطه ی میانجی را تشکیل می دهد.شما می توانید این موضوع را با بالا رفتن از دیوار مقایسه کنید:در حالت اول(سیلیکون معمولی)شما موفق به بالا رفتن از دیوار نمی شوید چون ارتفاع ان خیلی بلند است ولی دفعه ی دوم(سیلیکون سیاه)شما موفق می شوید تا به وسیله ی واسطه ی میانجی از دیوار بالا بروید.
این واسطه ی میانجی نه تنها الکترون ها را قادر می سازد تا از(دیوار) بالا بروند بلکه باعث می شوند تا الکترون ها از روی (دیوار)به عقب برگردند که در نتیجه الکتریسیته دوباره از دست میرود.حال راه حل چیست تا الکترون ها به عقب برنگردند؟”راه حل تغییر جریان لیزری است که اتم های سولفور را به داخل شبکه ی اتمی هدایت می کند.”
منبع:
http://www.chemistrytimes.com/research/Solar_cells_made_from_black_silicon.asp