اكتشف العلماء طريقة سهلة لصنع طبقات معدنية رقيقة ذريًا

تكشف صورة المجهر الإلكتروني الماسح عن الأشكال الجميلة للهياكل الدقيقة المعروفة باسم MXenes ، والتي تهم العلماء للأجهزة والإلكترونيات الجديدة ولكن كان من الصعب إنشاؤها سابقًا. تمت زراعتها بطريقة جديدة أسهل وأقل سمية اخترعها الكيميائيون في جامعة شيكاغو. كمرجع، يبلغ قطر شعرة الإنسان حوالي 50 ميكرومتر. الائتمان: دي وانغ

يمكن أن يفتح النهج الفعال من حيث التكلفة لإنتاج مادة MXene إمكانيات جديدة للإلكترونيات وتكنولوجيا تخزين الطاقة.

يكمن سر الحصول على كرواسون مثالي في طبقاته المتعددة، حيث يتخلل كل منها الزبدة. وبالمثل، فإن المادة الجديدة ذات الإمكانات لتطبيقات مختلفة تتكون من طبقات معدنية رفيعة للغاية، يمكن للعلماء إدراج أيونات مختلفة بينها لأغراض محددة. هذا يجعلها مفيدة للغاية للإلكترونيات المتطورة في المستقبل وتخزين الطاقة.

حتى وقت قريب، كان إنتاج هذه المواد، المعروفة باسم MXenes (تُنطق “max-eens”)، يتطلب عمالة كثيفة مثل إنتاج كرواسون عالي الجودة في مخبز فرنسي تقليدي.

لكن اكتشافًا جديدًا قام به علماء من جامعة شيكاغو يُظهر كيفية صنع هذه MXenes بسرعة وسهولة أكبر، مع عدد أقل من المنتجات الثانوية السامة.

يأمل الباحثون أن هذا الاكتشاف، الذي نُشر في مجلة Science ، سيحفز ابتكارًا جديدًا ويمهد الطريق نحو استخدام MXenes في الإلكترونيات والأجهزة اليومية.

اقتصاد الذرة

عندما تم اكتشافها في عام 2011، جعلت MXenes الكثير من العلماء متحمسين للغاية. عادة، عندما تحلق معدنًا مثل الذهب أو التيتانيوم لإنشاء صفائح ذرية رقيقة، فإنه يتوقف عن التصرف مثل المعدن. لكن الروابط الكيميائية القوية بشكل غير عادي في MXenes تسمح لها بالاحتفاظ بالقدرات الخاصة للمعادن، مثل توصيل الكهرباء بقوة.

كما أنها قابلة للتخصيص بسهولة: “يمكنك وضع أيونات بين الطبقات لاستخدامها لتخزين الطاقة، على سبيل المثال،” قال طالب الدراسات العليا في الكيمياء دي وانج، المؤلف الأول المشارك للورقة مع الباحث ما بعد الدكتوراه تشينكون زو.

كل هذه المزايا يمكن أن تجعل MXenes مفيدة للغاية لبناء أجهزة جديدة – على سبيل المثال، لتخزين الكهرباء أو لمنع تداخل الموجات الكهرومغناطيسية.

ومع ذلك، فإن الطريقة الوحيدة التي عرفنا بها لصنع MXenes تضمنت عدة خطوات هندسية كيميائية مكثفة، بما في ذلك تسخين الخليط عند 3000 درجة فهرنهايت متبوعًا بحمام في حمض الهيدروفلوريك .

أوضح ديمتري تالابين ، من إرنست ديويت: “هذا جيد إذا كنت تقوم بعمل بضع جرامات من أجل التجارب في المختبر، ولكن إذا كنت ترغب في صنع كميات كبيرة لاستخدامها في المنتجات التجارية، فستصبح مشكلة كبيرة في التخلص من النفايات المسببة للتآكل”. بيرتون أستاذ الكيمياء المتميز بجامعة شيكاغو، وعين مشترك في مختبر أرجون الوطني والمؤلف المقابل في الورقة.

لتصميم طريقة أكثر كفاءة وأقل سمية، استخدم الفريق مبادئ الكيمياء – على وجه الخصوص ” اقتصاد الذرة “، الذي يسعى لتقليل عدد الذرات المهدورة أثناء التفاعل.

اكتشف فريق UChicago تفاعلات كيميائية جديدة تسمح للعلماء بتصنيع MXenes من سلائف بسيطة وغير مكلفة، دون استخدام حمض الهيدروفلوريك. تتكون من خطوة واحدة فقط: خلط عدة مواد كيميائية مع المعدن الذي ترغب في صنع طبقات منه، ثم تسخين الخليط على 1700 درجة فهرنهايت. قال وانغ: “ثم تفتحه وها هو هناك”.

تفتح الطريقة الأسهل والأقل سمية طرقًا جديدة للعلماء لإنشاء واستكشاف أنواع جديدة من MXenes لتطبيقات مختلفة – مثل السبائك المعدنية المختلفة أو المنكهات الأيونية المختلفة. اختبر الفريق الطريقة باستخدام معادن التيتانيوم والزركونيوم، لكنهم يعتقدون أن هذه التقنية يمكن استخدامها أيضًا في العديد من التركيبات المختلفة.

وأضاف وانغ: “هذه MXenes الجديدة جميلة بصريًا أيضًا”. “إنها تقف مثل الزهور – مما قد يجعلها أفضل للتفاعلات، لأن الحواف مكشوفة ويمكن الوصول إليها من قبل الأيونات والجزيئات للتنقل بين الطبقات المعدنية.”

المصدر: scitechdaily

قد يهمك:

افضل استضافة مواقع

متخصص محترف seo

استضافة ووردبريس

حماية ووردبريس من الاختراق

أفضل قالب ووردبريس

أنت تستخدم إضافة Adblock

يعتمد موقع انشاء على الاعلانات كمصدر لدعم الموقع، يجب عليك ايقاف تشغيل حاجب الاعلانات لمشاهدة المحتوي