Свойства перовскитов можно настроить для конкретных применений, изменив их химический состав и внутреннюю архитектуру, включая распределение и ориентацию их кристаллической структуры. На данный момент способность влиять на эти свойства сильно ограничена методами производства. Команда ученых из Дрезденского технического университета смогла создать перовскиты с уникальной наноархитектурой и кристаллическими свойствами из водорослей, воспользовавшись многолетней эволюцией этих одноклеточных организмов.

Использование преимуществ эволюции

"Одноклеточные организмы на протяжении сотен миллионов лет реагировали на широкий спектр факторов окружающей среды, таких как температура, рН и механическое воздействие. В результате некоторые из них эволюционировали, чтобы производить абсолютно уникальные биоматериалы, исключительные для природы", - говорит доктор Игорь Злотников, руководитель исследовательской группы в B CUBE - Центре молекулярной биоинженерии, который руководил исследованием. "Минералы, образованные живыми организмами, часто демонстрируют структурные и кристаллографические характеристики, которые намного превосходят производственные возможности, предлагаемые современными синтетическими методами".

Команда сосредоточилась на L. granifera, вид водорослей, которые используют кальцит для формирования раковин. Их сферические оболочки имеют уникальную кристаллическую архитектуру. Кристаллы выровнены радиально, что означает, что они распространяются от центра сферы наружу. "Современные методы производства перовскитов не позволяют получать подобные материалы синтетическим путем. Однако мы можем попытаться преобразовать существующие природные сооружения в функциональные материалы, сохранив при этом их оригинальную архитектуру", - добавляет доктор Злотников.

Химическая настройка

Чтобы превратить естественные минеральные оболочки водорослей в функциональные перовскиты, команде пришлось заменить химические элементы в кальците. Для этого они адаптировали метод, разработанный их сотрудниками из института AMOLF в Амстердаме. Во время преобразования ученые смогли создавать различные типы кристаллических структур, изменяя химический состав материала. Таким образом, они могли бы точно настроить свои электрооптические свойства.

Преобразовав кальцитовые оболочки в галогениды свинца с помощью йода, бромида или хлорида, команда смогла создать функциональные перовскиты, которые оптимизированы для излучения только красного, зеленого или синего света.

Готов к масштабированию

"Мы впервые показываем, что минералы, вырабатываемые одноклеточными организмами, могут быть преобразованы в технологически значимые функциональные материалы. Вместо того чтобы конкурировать с природой, мы можем воспользоваться годами эволюционной адаптации, через которые они уже прошли", - говорит доктор Злотников.

Метод, разработанный его командой, может быть расширен, открывая промышленности возможность использовать преимущества водорослей и многочисленных других одноклеточных организмов, образующих кальцит, для производства функциональных материалов с уникальными формами и кристаллографическими свойствами.

Финансирование

Проект был частью проекта DinoLight imitative, поддержанного Свободным штатом Саксония для разработки инновационных, экологически чистых материалов и технологий, основанных на природных трехмерных наноструктурах.