普通的防晒霜可以帮助制造更好的太阳能电池板

你知道，救生员鼻子上涂的白色药膏，或是婴儿屁股上的舒缓霜。但有一天，保护我们皮肤的白色药膏可能会在你的屋顶或汽车​​里发电。

许多美国人都知道氧化锌是防晒霜的主要成分，也是治疗尿布疹的有效药膏。但它也是一种半导体，可用于新型太阳能电池、光学气体传感器和紫外线激光器，以及生产氢气，以取代石油作为汽车和卡车的燃料来源。

蒙特利尔康考迪亚大学物理学家阿米尔·哈桑普尔 (Amir Hassanpour) 表示：“与其他半导体材料相比，氧化锌的主要优势在于其储量丰富、价格低廉，并且能够通过廉价工艺制造出质量极佳的设备。这可以制造出性能极佳的廉价设备，并且不依赖于日益稀缺的稀有材料。”

他和他的同事，包括物理学家 Pablo Bianucci 和化学家 Nicoleta Bogdan 和 John Capobianco，发明了一种加工氧化锌以用作半导体的新方法。他们的突破性方法可用于制造更高效的太阳能电池板和氢燃料电池等技术。他们在《材料与设计》杂志上发表了他们的研究成果。

从微观层面看，氧化锌是一片由纳米棒组成的“小树林”，纳米棒是一种一维结构，可为电力传输提供路径。为了在气体传感器等设备中发挥良好作用，纳米棒必须排列成特定的图案，而迄今为止，这种图案的生产成本很高，而且需要复杂的设备。

“将氧化锌培育成一片随机排列的纳米棒森林很容易，其中每根纳米棒的直径都比人的头发小 100 到 1,000 倍，但要告诉纳米棒应该在哪里生长却并不容易，”Bianucci 说。

科学家在光滑的表面上覆盖一层氧化锌，并将其加热至 400 摄氏度。然后，他们在第一层上覆盖一层聚合物，并用电子束在上面打孔。之后，他们将氧化锌和图案化的掩模放入一瓶锌盐和其他溶解在纯水中的化学物质中。然后他们加热溶液。锌和水只在孔内发生反应，因此纳米棒只在这些孔中形成。去除聚合物后，纳米棒图案仍然存在。

Bianucci 解释说，通过以特定图案生长纳米棒，科学家可以制造光子晶体——一种可以捕获光线的特殊结构。光子晶体可用于制造更高效的紫外线激光器或光学气体传感器，当存在某种气体时，这些传感器会改变颜色。

例如，这种传感器可以检测危险量的一氧化碳。“或者它也可以用于检测你不希望出现的痕量气体，例如水果储藏设施中的乙烯，因为乙烯的存在会导致水果腐烂，”哈桑普尔说。

科学家表示，氧化锌纳米棒对于气体传感器来说非常有价值，因为它们在暴露于不同气体时会发生可测量的变化。虽然可以用不具有特定图案的纳米棒制造传感器，但制造更灵敏的设备“需要精确控制纳米棒的位置”，Hassanpour 说道。

氧化锌纳米棒还可用于制造更高效的太阳能电池板和更便宜的氢燃料电池。由于氧化锌吸收阳光中的能量，将纳米棒放入水中会使吸收的阳光能量破坏水分子中氧原子和氢原子之间的键，从而产生氢气。

“氢气可以被收集起来，然后用作燃料，理想情况下可以替代汽油或其他化石燃料，”哈桑普尔说。“通过保存氢气，它可以轻松地作为燃料转移给消费者，例如氢动力汽车。”

玛琳·西蒙斯为 Nexus Media 撰稿，这是一家涵盖气候、能源、政策、艺术和文化的联合通讯社。