Számos jelenlegi technológiai fejlődés új anyagfelfedezések szükségességétől függ. Azonban a reakcióképességi mintázatok megértése szükséges olyan szintézismódszerek megtervezéséhez, amelyek új és célzott szilárdtest anyagokhoz vezetnek. A szintézistudomány fejlődésére van szükség a termelékenység növeléséhez és az új anyagok felfedezésének felgyorsításához.
Az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának (DOE) tudósai Diffraktáltuk, Northwestern University és The University of Chicago új módszert fejlesztettek ki két vagy több elemet tartalmazó új kristályos anyagok felfedezésére és előállítására.
Xiuquan Zhou, az Argonne posztdoktora és a tanulmány első szerzője azt mondta: „Találmányi módszerünk a nem szokványos szupravezetők kutatásából nőtt ki. Ezek két vagy több elemet tartalmazó szilárd anyagok, amelyek közül legalább az egyik nem fém. És megszűnnek ellenállni az elektromosság áthaladásának különböző hőmérsékleteken – a világűrnél hidegebb helyektől az irodámig.
A csapat feltalálási folyamata egy két komponensből álló megoldással kezdődik. Az egyik nagyon hatékony oldószer. Az oldathoz adott szilárd anyagok feloldódnak benne, és kölcsönhatásba lépnek vele. Az alternatíva egy kevésbé erős oldószer. Azonban itt beállítható, hogy a reakció hogyan viselkedjen, amikor más elemeket adnak hozzá új szilárd anyag létrehozásához. A hangolás során a két komponens hőmérséklete és aránya egyaránt beállítható. Itt a hőmérséklet 750 és 1,300 Fahrenheit fok között mozog, ami elég magas.
Mercouri Kanatzidis, a Northwestern kémiaprofesszora, közös kinevezéssel Argonne-ban, így nyilatkozott: „Nem az ismert anyagok jobbá tételével foglalkozunk, hanem az olyan anyagok felfedezésével, amelyekről senki sem tudott, vagy a teoretikusok azt hitték, hogy léteznek. Ezzel a módszerrel elkerülhetjük az ismert anyagokhoz vezető reakcióutakat, és új utakat követhetünk az ismeretlenbe és a megjósolhatatlanba.”
A teszteléshez a tudósok három-öt elemből álló kristályos vegyületekre alkalmazták módszerüket. Felfedezési módszerük 30 eddig ismeretlen vegyületet eredményezett. Közülük tízen soha nem látott szerkezetek vannak.
A X-ray Science Division 17-BM-B-ben az Advanced Photon Source-ban, a DOE Office of Science felhasználói létesítményében Argonne-ban és az UChicago ChemMatCARS sugárvonalában a 15-ID-D-nél a tudósok ezek egy részének egykristályát hozták létre. új vegyületeket, és leírták szerkezetüket.
Wenqian Xu 17-BM-B beamline tudós mondott, "Az APS 17-BM-B sugárvonalával nyomon tudtuk követni a reakciófolyamat során kialakuló különböző kémiai fázisok szerkezetének alakulását.”
Zhou azt mondta, „Hagyományosan a vegyészek új anyagokat találtak ki és készítettek, csak a kiindulási összetevők és a végtermék ismeretében. Az APS adatok lehetővé tették számunkra, hogy figyelembe vegyük a reakció során keletkező köztes termékeket is.”
Tekintettel arra, hogy ezzel a technikával gyakorlatilag bármilyen kristályos anyag feldolgozható, ez csak a kezdete annak, ami lehetséges. Különféle kristályképződmények létrehozására is használható. Ez többszörösen rétegzett rétegekből, egy csak egy atom vastagságú rétegből és nem kapcsolódó molekulák láncaiból áll.
Az ilyen szokatlan struktúrák eltérő tulajdonságokkal rendelkeznek, és kulcsfontosságúak a fejlődésben következő generációs anyagok nemcsak szupravezetőkre, hanem mikroelektronikára, akkumulátorokra, mágnesekre és még sok másra is alkalmazható.
Journal Reference:
- Xiuquan Zhou és munkatársai: Kalkogenid szerkezetek és összetételek felfedezése vegyes folyasztószerrel, Természet (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-05307-7
