Tallrike nåværende teknologiske fremskritt avhenger av behovet for nye materialfunn. Imidlertid er forståelse av reaktivitetsmønstre nødvendig for å designe syntesemetoder som fører til nye og målrettede faststoffmaterialer. Syntesevitenskapelige fremskritt er nødvendig for å øke produktiviteten og fremskynde oppdagelsen av nye materialer.
Forskere ved US Department of Energy's (DOE) Argonne National Laboratory, Northwestern University og The University of Chicago har utviklet en ny metode for å oppdage og lage nye krystallinske materialer med to eller flere grunnstoffer.
Xiuquan Zhou, en postdoc ved Argonne og den første forfatteren av artikkelen, sa: "Vår oppfinnelsesmetode vokste ut av forskning på ukonvensjonelle superledere. Dette er faste stoffer med to eller flere elementer, hvorav minst ett ikke er et metall. Og de slutter å motstå passasje av elektrisitet ved forskjellige temperaturer – alt fra kaldere enn verdensrommet til det på kontoret mitt.»
Lagets oppfinnelsesprosess begynner med en løsning laget av to komponenter. Det ene er et veldig effektivt løsemiddel. Eventuelle faste stoffer tilsatt løsningen oppløses i den og interagerer med den. Alternativet er et mindre potent løsemiddel. Imidlertid er den der for å justere hvordan reaksjonen oppfører seg når andre elementer legges til for å generere et nytt fast stoff. De to komponentenes temperatur og forhold justeres begge under denne innstillingen. Her varierer temperaturen fra 750 til 1,300 grader Fahrenheit, som er ganske høyt.
Mercouri Kanatzidis, en kjemiprofessor ved Northwestern med en felles ansettelse ved Argonne, sa: "Vi er ikke opptatt av å gjøre kjente materialer bedre, men av å oppdage materialer ingen visste om eller teoretikere forestilte seg til og med eksisterte. Med denne metoden kan vi unngå reaksjonsveier til kjente materialer og følge nye veier inn i det ukjente og uforutsette.»
For testing brukte forskere metoden deres på krystallinske forbindelser laget av tre til fem elementer. Oppdagelsesmetoden deres ga 30 tidligere ukjente forbindelser. Ti av dem har strukturer som aldri er sett før.
Ved X-ray Science Divisions 17-BM-B av Advanced Photon Source, et DOE Office of Science brukeranlegg i Argonne, og UChicago ChemMatCARS beamline ved 15-ID-D, har forskerne laget enkeltkrystaller av noen av disse nye forbindelser og beskrev deres strukturer.
17-BM-B strålelinjeforsker Wenqian Xu sa"Med beamline 17-BM-B av APS, var vi i stand til å spore utviklingen av strukturene for de forskjellige kjemiske fasene som ble dannet under reaksjonsprosessen."
Zhou sa, "Tradisjonelt har kjemikere funnet opp og laget nye materialer kun basert på kunnskap om startingrediensene og sluttproduktet. APS-dataene tillot oss også å ta hensyn til mellomproduktene som dannes under en reaksjon."
Gitt at praktisk talt ethvert krystallinsk materiale kan behandles ved hjelp av denne teknikken, er dette bare begynnelsen på hva som er mulig. Den kan også brukes til å lage en rekke krystallformasjoner. Dette omfatter lag som er lagdelt flere ganger, et lag som bare er ett atom tykt, og kjeder av usammenhengende molekyler.
Slike uvanlige strukturer har forskjellige egenskaper og er nøkkelen til utvikling neste generasjons materialer gjelder ikke bare superledere, men også mikroelektronikk, batterier, magneter og mer.
Tidsreferanse:
- Xiuquan Zhou et al, Oppdagelse av kalkogenides strukturer og komposisjoner ved bruk av blandede flukser, Natur (2022). GJØR JEG: 10.1038/s41586-022-05307-7
