現在の多くの技術進歩は、新しい材料の発見の必要性に依存しています。ただし、反応性パターンを理解することは、新しい目的の固体材料につながる合成方法を設計するために必要です。生産性を高め、新しい材料の発見を早めるためには、合成科学の進歩が必要です。
米国エネルギー省 (DOE) の科学者 アルゴンヌ国立研究所、ノースウェスタン大学、および シカゴ大学 は、2 つ以上の元素を含む新しい結晶材料を発見して作成するための新しい方法を開発しました。
アルゴンヌ大学の博士研究員であり、この論文の筆頭著者である周秀泉氏は次のように述べています。これらは 2 つ以上の元素を含む固体で、そのうちの少なくとも 1 つは金属ではありません。そして、宇宙よりも寒い場所から私のオフィスまで、さまざまな温度で電気の通過に抵抗しなくなります。」
チームの発明プロセスは、750 つのコンポーネントからなるソリューションから始まります。 1,300つは非常に効率的な溶媒です。溶液に添加された固体はすべて溶液に溶解し、相互作用します。代替手段は、より強力ではない溶媒です。ただし、新しい固体を生成するために他の元素が追加されるときの反応の挙動を調整するためにあります。この調整中に、XNUMX つのコンポーネントの温度と比率の両方が調整されます。ここの気温は華氏XNUMX度からXNUMX度の範囲で、かなり高いです。
ノースウェスタン大学の化学教授であり、アルゴンヌ大学と兼任しているメルクーリ・カナツィディス氏は、「私たちは既知の材料をより良くすることに関心があるのではなく、誰も知らなかった材料、あるいは理論家が存在すら想像していなかった材料を発見することに関心がある。この方法を使用すると、既知の物質への反応経路を回避し、未知の予測不可能な物質への新しい経路をたどることができます。」
科学者たちはテストのために、その方法を 30 ～ XNUMX つの元素からなる結晶性化合物に適用しました。彼らの発見方法により、これまで知られていなかった XNUMX 種類の化合物が得られました。そのうち XNUMX 個はこれまでに見たことのない構造を持っています。
X線科学部門の高度光子源の17-BM-B、アルゴンヌにあるDOE科学局のユーザー施設、および15-ID-Dのシカゴ大学ChemMatCARSビームラインで、科学者たちはこれらのいくつかの単結晶を作成した。新規化合物を発見し、その構造を説明しました。
17-BM-B ビームライン科学者 Wenqian Xu と"APS のビームライン 17-BM-B を使用すると、反応プロセス中に形成されるさまざまな化学相の構造の進化を追跡することができました。」
周氏はこう語った。 「伝統的に、化学者は出発原料と最終製品に関する知識のみに基づいて新しい材料を発明し、製造してきました。 APS データにより、反応中に形成される中間生成物も考慮することができました。」
実際にあらゆる結晶材料がこの技術を使用して処理できることを考えると、これは可能なことの始まりにすぎません。さまざまな結晶形成の作成にも使用できます。これは、何重にも重なった層、原子 1 個の厚さしかない層、そしてつながっていない分子の鎖で構成されています。
このような珍しい構造にはさまざまな特性があり、開発の鍵となります。 次世代素材 超電導体だけでなく、マイクロエレクトロニクス、電池、磁石などにも応用可能です。
ジャーナルリファレンス：
- Xiuquan Zhou 他、混合フラックスを使用したカルコゲニドの構造と組成の発見、 自然 （2022）。 DOI： 10.1038/s41586-022-05307-7
