현재의 수많은 기술 발전은 새로운 물질 발견의 필요성에 달려 있습니다. 그러나 새로운 목표 고체 물질을 생성하는 합성 방법을 설계하려면 반응성 패턴을 이해하는 것이 필요합니다. 생산성을 높이고 신소재 발견을 앞당기려면 합성과학의 발전이 필요합니다.
미국 에너지부(DOE)의 과학자들 아르곤 국립 연구소 (Argonne National Laboratory), 노스웨스턴 대학교 및 시카고 대학 두 개 이상의 원소로 구성된 새로운 결정질 물질을 발견하고 제조하는 새로운 방법을 개발했습니다.
Argonne의 박사후 연구원이자 논문의 첫 번째 저자인 Xiuquan Zhou는 “우리의 발명 방법은 비전통적인 초전도체에 대한 연구에서 발전했습니다. 두 개 이상의 원소로 구성된 고체로, 그 중 적어도 하나는 금속이 아닙니다. 그리고 그들은 외부보다 추운 곳에서부터 내 사무실에 이르기까지 다양한 온도에서 전기 흐름에 대한 저항을 멈춥니다.”
팀의 발명 프로세스는 두 가지 구성 요소로 구성된 솔루션으로 시작됩니다. 하나는 매우 효율적인 용매입니다. 용액에 추가된 모든 고체는 용액에 용해되어 상호 작용합니다. 대안은 덜 강력한 용매입니다. 그러나 새로운 고체를 생성하기 위해 다른 요소를 추가할 때 반응이 어떻게 동작하는지 조정하는 것이 있습니다. 이 조정 중에 두 구성 요소의 온도와 비율이 모두 조정됩니다. 여기의 온도 범위는 화씨 750도에서 1,300도 사이로 꽤 높습니다.
Argonne에 공동 임명된 Northwestern의 화학 교수인 Mercouri Kanatzidis는 이렇게 말했습니다. “우리는 알려진 물질을 더 좋게 만드는 데 관심이 있는 것이 아니라 아무도 몰랐거나 이론가들이 존재한다고 상상했던 물질을 발견하는 데 관심이 있습니다. 이 방법을 사용하면 알려진 물질에 대한 반응 경로를 피하고 미지의 예측할 수 없는 새로운 경로를 따라갈 수 있습니다."
테스트를 위해 과학자들은 30~XNUMX개의 원소로 구성된 결정질 화합물에 자신의 방법을 적용했습니다. 그들의 발견 방법은 이전에 알려지지 않은 XNUMX개의 화합물을 산출했습니다. 그 중 XNUMX개는 이전에 본 적이 없는 구조를 가지고 있습니다.
X-ray Science Division의 Advanced Photon Source의 17-BM-B, Argonne의 DOE Office of Science 사용자 시설 및 15-ID-D의 UChicago ChemMatCARS 빔라인에서 과학자들은 이들 중 일부의 단결정을 만들었습니다. 새로운 화합물과 그 구조를 설명했습니다.
17-BM-B 빔라인 과학자 Wenqian Xu 말했다"APS의 빔라인 17-BM-B를 사용하여 우리는 반응 과정에서 형성된 다양한 화학상의 구조 진화를 추적할 수 있었습니다."
저우가 말했다. “전통적으로 화학자들은 출발 성분과 최종 제품에 대한 지식에만 의존하여 새로운 물질을 발명하고 만들어 왔습니다. APS 데이터를 통해 우리는 반응 중에 형성되는 중간 생성물도 고려할 수 있었습니다.”
실질적으로 모든 결정질 재료가 이 기술을 사용하여 처리될 수 있다는 점을 고려하면 이는 가능한 것의 시작에 불과합니다. 또한 다양한 결정체를 생성하는 데에도 사용할 수 있습니다. 이는 여러 번 겹쳐진 층, 단 하나의 원자 두께인 층, 연결되지 않은 분자 사슬로 구성됩니다.
이러한 특이한 구조는 서로 다른 특성을 가지며 개발의 핵심입니다. 차세대 소재 초전도체뿐만 아니라 마이크로일렉트로닉스, 배터리, 자석 등에 적용 가능합니다.
저널 참조 :
- Xiuquan Zhou 등, 혼합 플럭스를 사용한 칼코게나이드 구조 및 조성의 발견, 자연 (2022). DOI : 10.1038/s41586-022-05307-7
