بسیاری از پیشرفت‌های فناوری کنونی به نیاز به اکتشافات جدید مواد بستگی دارد. با این حال، درک الگوهای واکنش پذیری برای طراحی روش های سنتز که منجر به مواد جدید و هدفمند حالت جامد می شود، ضروری است. پیشرفت های علم سنتز برای افزایش بهره وری و تسریع در کشف مواد جدید مورد نیاز است.
دانشمندان وزارت انرژی ایالات متحده (DOE) آزمایشگاه ملی آرگون، دانشگاه نورث وسترن و The دانشگاه شیکاگو روش جدیدی برای کشف و ساخت مواد کریستالی جدید با دو یا چند عنصر ایجاد کرده اند.
Xiuquan Zhou، یک فوق دکترا در Argonne و اولین نویسنده مقاله، گفت: "روش اختراع ما از تحقیقات بر روی ابررساناهای غیر متعارف شکل گرفت. اینها جامداتی با دو یا چند عنصر هستند که حداقل یکی از آنها فلز نیست. و مقاومت در برابر عبور الکتریسیته در دماهای مختلف را متوقف می‌کنند - از سردتر از فضا گرفته تا دمای اتاق من.
فرآیند اختراع تیم با یک راه حل ساخته شده از دو جزء آغاز می شود. یکی یک حلال بسیار کارآمد است. هر ماده جامد اضافه شده به محلول در آن حل می شود و با آن برهمکنش می کند. جایگزین حلال با قدرت کمتر است. با این حال، برای تنظیم نحوه رفتار واکنش زمانی که عناصر دیگر برای تولید یک جامد جدید اضافه می شوند، وجود دارد. دما و نسبت دو جزء هر دو در طول این تنظیم تنظیم می شوند. در اینجا، دما بین 750 تا 1,300 درجه فارنهایت است که بسیار بالاست.
مرکوری کاناتزیدیس، پروفسور شیمی در نورث وسترن با انتصاب مشترک در آرگون، می‌گوید: «ما نگران بهتر ساختن مواد شناخته‌شده نیستیم، بلکه نگران کشف موادی هستیم که هیچ‌کس درباره آنها نمی‌دانست یا نظریه‌پردازان تصور می‌کردند که وجود داشته باشند. با این روش می‌توان از مسیرهای واکنش به مواد شناخته‌شده اجتناب کرد و مسیرهای جدیدی را به سمت ناشناخته‌ها و پیش‌بینی‌نشده‌ها دنبال کرد.»
برای آزمایش، دانشمندان روش خود را برای ترکیبات کریستالی ساخته شده از سه تا پنج عنصر به کار بردند. روش کشف آنها 30 ترکیب ناشناخته را به دست آورد. ده مورد از آنها ساختارهایی دارند که قبلاً دیده نشده بود.
در بخش علوم پرتو ایکس 17-BM-B منبع فوتون پیشرفته، یک مرکز کاربری دفتر علوم DOE در Argonne، و خط پرتو UChicago ChemMatCARS در 15-ID-D، دانشمندان تک بلورهایی از برخی از اینها ایجاد کرده اند. ترکیبات جدید و تشریح ساختار آنها.
ونقیان ژو دانشمند خط پرتو 17-BM-B گفت:، "با خط پرتو 17-BM-B APS، ما توانستیم تکامل ساختارها را برای فازهای شیمیایی مختلف که در طول فرآیند واکنش تشکیل می‌شوند، ردیابی کنیم.
ژو گفت، شیمیدانان به طور سنتی مواد جدیدی را تنها با تکیه بر دانش مواد اولیه و محصول نهایی اختراع و ساخته اند. داده‌های APS به ما این امکان را می‌دهد که محصولات واسطه‌ای را که در طول واکنش تشکیل می‌شوند نیز در نظر بگیریم.
با توجه به اینکه عملاً هر ماده کریستالی ممکن است با استفاده از این تکنیک پردازش شود، این فقط آغاز آن چیزی است که ممکن است. همچنین می توان از آن برای ایجاد انواع تشکیلات کریستالی استفاده کرد. این شامل لایه هایی است که چندین بار لایه بندی شده اند، لایه ای که تنها یک اتم ضخامت دارد و زنجیره هایی از مولکول های غیر مرتبط.
چنین ساختارهای غیرعادی خواص متفاوتی دارند و کلید توسعه هستند مواد نسل بعدی نه تنها برای ابررساناها بلکه برای میکروالکترونیک ها، باتری ها، آهنرباها و غیره نیز قابل استفاده است.
مرجع مجله:
- Xiuquan Zhou و همکاران، کشف ساختارها و ترکیبات کالکوژنیدها با استفاده از شارهای مخلوط، طبیعت (2022) DOI: 10.1038/s41586-022-05307-7
