Paljud praegused tehnoloogilised edusammud sõltuvad vajadusest uute materjalide avastamise järele. Reaktiivsusmustrite mõistmine on aga vajalik sünteesimeetodite kavandamiseks, mis viivad uute ja sihipäraste tahkismaterjalideni. Tootlikkuse suurendamiseks ja uute materjalide avastamise kiirendamiseks on vaja sünteesiteaduse edusamme.
USA energeetikaministeeriumi (DOE) teadlased Argonne'i riiklik labor, Northwesterni ülikool ja The University of Chicago on välja töötanud uue meetodi kahe või enama elemendiga uute kristalsete materjalide avastamiseks ja valmistamiseks.
Xiuquan Zhou, Argonne'i järeldoktor ja töö esimene autor, ütles: "Meie leiutamismeetod kasvas välja ebatavaliste ülijuhtide uurimistööst. Need on kahe või enama elemendiga tahked ained, millest vähemalt üks ei ole metall. Ja nad ei seisa enam vastu elektrivoolule erinevatel temperatuuridel - kõikjal, mis on külmem kui avakosmosest kuni minu kontorini.
Meeskonna leiutamisprotsess algab kahest komponendist koosneva lahendusega. Üks on väga tõhus lahusti. Kõik lahusele lisatud tahked ained lahustuvad selles ja interakteeruvad sellega. Alternatiiviks on vähem tugev lahusti. Siiski on see selleks, et reguleerida reaktsiooni käitumist, kui lisatakse teisi elemente, et luua uus tahke aine. Selle häälestamise ajal reguleeritakse mõlema komponendi temperatuuri ja suhet. Siin on temperatuur vahemikus 750 kuni 1,300 kraadi Fahrenheiti, mis on üsna kõrge.
Mercouri Kanatzidis, Northwesterni keemiaprofessor, kellel on ühine kohtumine Argonne'is, ütles: "Me ei tegele teadaolevate materjalide paremaks muutmisega, vaid materjalide avastamisega, millest keegi ei teadnud või teoreetikud arvasid, et need eksisteerivad. Selle meetodi abil saame vältida reaktsiooniteid teadaolevatele materjalidele ja järgida uusi teid tundmatusse ja ettearvamatusse.
Testimiseks kasutasid teadlased oma meetodit kolmest kuni viiest elemendist koosnevate kristalsete ühendite suhtes. Nende avastamismeetod andis 30 varem tundmatut ühendit. Neist kümnel on varem nähtud struktuurid.
Röntgenikiirte teadusosakonna 17-BM-B Advanced Photon Source, DOE Office of Science kasutajarajatis Argonne'is ja UChicago ChemMatCARS valgusvihu 15-ID-D, on teadlased loonud mõnest neist üksikkristallidest. uudseid ühendeid ja kirjeldas nende struktuure.
17-BM-B valgusvihu teadlane Wenqian Xu ütles"APS-i valgusvihu 17-BM-B abil saime jälgida reaktsiooniprotsessi käigus tekkinud erinevate keemiliste faaside struktuuride arengut.
Zhou ütles, "Traditsiooniliselt on keemikud leiutanud ja valmistanud uusi materjale, tuginedes ainult teadmistele lähteainete ja lõpptoote kohta. APS-i andmed võimaldasid meil arvesse võtta ka reaktsiooni käigus tekkivaid vaheprodukte.
Arvestades, et selle tehnikaga saab töödelda praktiliselt kõiki kristallilisi materjale, on see võimalikkuse algus. Seda saab kasutada ka mitmesuguste kristallmoodustiste loomiseks. See hõlmab kihte, mis on mitu korda kihistatud, kihti, mis on ainult ühe aatomi paksune, ja ühendamata molekulide ahelaid.
Sellistel ebatavalistel struktuuridel on erinevad omadused ja need on arendamise võtmeks järgmise põlvkonna materjalid kohaldatav mitte ainult ülijuhtidele, vaid ka mikroelektroonikale, akudele, magnetitele ja muule.
Ajakirja viide:
- Xiuquan Zhou jt, Kalkogeniidide struktuuride ja kompositsioonide avastamine segavoolude abil, loodus (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-05307-7
