Lukuisat nykyiset tekniset edistysaskeleet riippuvat uusien materiaalilöytöjen tarpeesta. Reaktiivisuusmallien ymmärtäminen on kuitenkin välttämätöntä suunniteltaessa synteesimenetelmiä, jotka johtavat uusiin ja kohdennettuihin solid-state-materiaaleihin. Synteesitieteen edistystä tarvitaan tuottavuuden lisäämiseksi ja uusien materiaalien löytämisen nopeuttamiseksi.
Yhdysvaltain energiaministeriön (DOE) tutkijat Argonnen kansallinen laboratorio, Northwestern University ja The University of Chicago ovat kehittäneet uuden menetelmän löytää ja valmistaa uusia kiteisiä materiaaleja, joissa on kaksi tai useampia alkuaineita.
Xiuquan Zhou, Argonnen postdoc ja paperin ensimmäinen kirjoittaja, sanoi: "Keksintömenetelmämme kasvoi epätavanomaisten suprajohteiden tutkimuksesta. Nämä ovat kiinteitä aineita, joissa on kaksi tai useampia alkuaineita, joista vähintään yksi ei ole metalli. Ja ne lakkaavat vastustamasta sähkön kulkua eri lämpötiloissa – kaikkialla ulkoavaruutta kylmemmästä toimistostani.”
Ryhmän keksintöprosessi alkaa kahdesta komponentista tehdyllä ratkaisulla. Yksi on erittäin tehokas liuotin. Kaikki liuokseen lisätyt kiinteät aineet liukenevat siihen ja ovat vuorovaikutuksessa sen kanssa. Vaihtoehtona on vähemmän tehokas liuotin. Sen avulla voidaan kuitenkin säätää, kuinka reaktio käyttäytyy, kun muita elementtejä lisätään uuden kiinteän aineen muodostamiseksi. Molempien komponenttien lämpötilaa ja suhdetta säädetään tämän virityksen aikana. Täällä lämpötila vaihtelee 750 - 1,300 XNUMX Fahrenheit-astetta, mikä on melko korkea.
Mercouri Kanatzidis, Northwesternin kemian professori, jolla on yhteinen nimitys Argonnessa, sanoi: "Emme ole huolissamme tunnettujen materiaalien parantamisesta, vaan sellaisten materiaalien löytämisestä, joista kukaan ei tiennyt tai teoreetikot kuvittelivat edes olevan olemassa. Tällä menetelmällä voimme välttää reaktioreitit tunnettuihin materiaaleihin ja seurata uusia polkuja tuntemattomaan ja ennalta arvaamattomaan."
Testauksessa tutkijat käyttivät menetelmäään kiteisiin yhdisteisiin, jotka koostuivat kolmesta viiteen alkuaineesta. Heidän löytömenetelmänsä tuotti 30 aiemmin tuntematonta yhdistettä. Kymmenessä niistä on ennennäkemättömiä rakenteita.
X-ray Science Divisionin Advanced Photon Sourcen 17-BM-B:ssä, DOE Office of Sciencen käyttäjälaitoksessa Argonnessa ja UChicago ChemMatCARS -keilalinjassa kohdassa 15-ID-D, tutkijat ovat luoneet yksittäisiä kiteitä joistakin näistä. uusia yhdisteitä ja kuvaili niiden rakenteita.
17-BM-B sädelinjan tiedemies Wenqian Xu sanoi, "APS:n sädelinjan 17-BM-B avulla pystyimme seuraamaan reaktioprosessin aikana muodostuneiden eri kemiallisten faasien rakenteiden kehitystä.
Zhou sanoi, ”Perinteisesti kemistit ovat keksineet ja valmistaneet uusia materiaaleja vain lähtöaineiden ja lopputuotteen tuntemuksen varaan. APS-tietojen ansiosta pystyimme huomioimaan myös reaktion aikana muodostuvat välituotteet."
Koska tällä tekniikalla voidaan käsitellä käytännössä mitä tahansa kiteistä materiaalia, tämä on vasta alkua sille, mikä on mahdollista. Sitä voidaan käyttää myös erilaisten kidemuodostelmien luomiseen. Tämä koostuu kerroksista, jotka on kerrostettu useita kertoja, kerroksen, joka on vain yhden atomin paksuinen, ja toisiinsa liittymättömien molekyylien ketjuja.
Tällaisilla epätavallisilla rakenteilla on erilaisia ominaisuuksia ja ne ovat avainasemassa kehittymisen kannalta seuraavan sukupolven materiaaleja Sovelletaan suprajohtimien lisäksi myös mikroelektroniikkaan, akkuihin, magneetteihin ja muihin.
Lehden viite:
- Xiuquan Zhou et ai., Kalkogenidirakenteiden ja -koostumusten löytäminen sekajuotteita käyttämällä, luonto (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-05307-7
