به گزارش ثریا - از ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، گروهی از پژوهشگران دانشگاه شیکاگو، دانشگاه ایلینوی شیکاگو و دانشگاه وندربیلت توانستهاند مسیر تولید MXeneها را بهطور اساسی بازتعریف کنند.
MXeneها که تنها ۱۴ سال از معرفی آنها میگذرد، دستهای از مواد دوبعدی رسانا هستند که بهدلیل ساختار اتمی منحصربهفرد خود، توجه بسیاری از حوزههای علمی و صنعتی را به خود جلب کردهاند؛ از باتریها و ابرخازنها گرفته تا محافظت الکترومغناطیسی، کاتالیزورها، مواد سبک فوقمقاوم و حتی جوهرهای رسانا.
با این حال، مسیر تولید این مواد پیشرفته تا امروز چندان هموار نبوده است. روشهای مرسوم ساخت MXeneها مبتنی بر فرایندهای چندمرحلهای، دماهای بالا، استفاده از مواد بسیار خورنده مانند اسید هیدروفلوئوریک و تولید حجم زیادی پسماند شیمیایی بودهاند؛ مسیری پرهزینه، خطرناک و نامناسب برای تولید صنعتی در مقیاس بزرگ.
دیمیتری تالاپین، استاد مهندسی مولکولی و شیمی دانشگاه شیکاگو، در توضیح این چالش میگوید روشهای قبلی شاید برای پژوهشهای آزمایشگاهی قابلقبول بودند، اما به مانعی جدی برای ورود MXeneها به کاربردهای صنعتی واقعی تبدیل شده بودند. به گفته او، ادامه این روند عملاً آینده تجاری این مواد را تهدید میکرد.
تیم پژوهشی به رهبری تالاپین، اکنون روشی کاملاً متفاوت ارائه داده است؛ روشی که MXeneها را «اتم به اتم» و بهصورت پایینبهبالا میسازد. در این روش جدید که نتایج آن در مجله Nature Synthesis منتشر شده، از فرایند رسوبدهی شیمیایی بخار برای تولید MXeneها استفاده شده است؛ رویکردی که بنا بر اعلام پژوهشگران، هزینه تولید را دستکم دو مرتبه بزرگی کاهش میدهد.
دیان جیانگ، استاد مهندسی شیمی دانشگاه وندربیلت و از نویسندگان این مقاله، این دستاورد را فراتر از یک بهبود فنی میداند و تأکید میکند که این پژوهش در واقع یک روش جدید در سنتز شیمیایی را معرفی کرده است؛ روشی که با استفاده از پیشمادههای آلی تازه، امکان تولید کارآمدتر مواد دوبعدی را فراهم میکند.
جالب آنکه الهام اصلی این پیشرفت، نه از پژوهشهای مدرن، بلکه از مقالهای کمترشناختهشده در سال ۱۹۸۶ آمده است. تالاپین توضیح میدهد که آنها به مقالهای قدیمی از جان کوربت، شیمیدان برجسته دانشگاه ایالتی آیووا، برخوردند که در آن روشی برای سنتز ترکیبات لایهای کلرید–کاربید زیرکونیوم معرفی شده بود؛ موادی که از نظر ساختاری شباهت زیادی به MXeneها دارند، هرچند این نام سالها بعد وارد ادبیات علمی شد.
MXeneها نخستینبار در سال ۲۰۱۱ توسط پژوهشگران دانشگاه درکسل معرفی شدند. این مواد در اصل لایههایی از فلزات واسطه هستند که آنقدر نازک شدهاند که عملاً دوبعدی محسوب میشوند. قابلیت ذخیره یونها بین لایهها و کنترل جریان آنها، MXeneها را به گزینهای جذاب برای فناوریهای ذخیرهسازی انرژی تبدیل کرده است.
نوآ میسون، دانشجوی دکتری و پژوهشگر این پروژه، توضیح میدهد که یکی از مزیتهای کلیدی MXeneها، قابلیت تنظیم گروههای سطحی آنهاست؛ ویژگیای که اجازه میدهد نوع یونهای ذخیرهشده، میزان پایداری آنها و سرعت ورود و خروج یونها با دقت کنترل شود. همین خصوصیت است که MXeneها را به بستری انعطافپذیر برای نسل جدید باتریها و ابرخازنها تبدیل کرده است.
با این حال، روشهای قدیمی تولید MXeneها شباهت زیادی به «تراشیدن یک کتاب از دل یک تکه چوب» داشتند؛ استعارهای که رابرت کلی، استاد فیزیک دانشگاه ایلینوی شیکاگو، برای توصیف فرایندهای خشن و پراتلاف به کار میبرد. در مقابل، روش جدید تیم پژوهشی، MXene را همانطور که باید ساخته شود تولید میکند: لایهبهلایه، منظم و کنترلشده.
پژوهشگران پیشتر در سال ۲۰۲۳ نیز نسخهای اولیه از این روش را منتشر کرده بودند، اما بازده و خلوص محصول هنوز پایین بود. دی وانگ، نویسنده اول این مقالات، میگوید که در آن مرحله، میزان MXene در محصول نهایی به سختی به ۶۰ درصد وزنی میرسید، در حالی که در پژوهش جدید این عدد به حدود ۹۰ درصد افزایش یافته است. به گفته او، تیم پژوهشی نهتنها واکنش جدیدی کشف کرده، بلکه به درک عمیقتری از «رازهای سنتز» این مواد دست یافته است.
مساله ایمنی و هزینه نیز در این پیشرفت نقش کلیدی داشته است. پیشمادهای که در کارهای اولیه استفاده میشد، یعنی تتراکلرید تیتانیوم، آنقدر واکنشپذیر بود که حتی به سرنگهای پلاستیکی آسیب میزد. در مقابل، روش جدید از تتراکلرواتیلن استفاده میکند؛ مادهای ارزان، پایدار و رایج که حتی در فرایندهای صنعتی مانند کافئینزدایی قهوه نیز کاربرد دارد.
تالاپین معتقد است این پژوهش نمونهای روشن از ارزش تحقیقات بنیادی است؛ پژوهشهایی که شاید سالها بدون کاربرد مشخص باقی بمانند، اما در نهایت میتوانند مسیرهای فناورانه کاملاً جدیدی را باز کنند. کنسرسیوم پژوهشی اماستار (M-STAR) که این پروژه در قالب آن انجام شده، بستری فراهم کرده است تا شیمیدانان، فیزیکدانان و مهندسان شیمی با رویکردهای میانرشتهای، MXeneها را به سکوی نوآوریهای آینده تبدیل کنند.
منبع : نیمه رسانا
زمان ثبت درخواست دانشگاهها برای ایجاد رشتههای جدید اعلام شد
امکان تحصیل بدون آزمون مدالآوران بازیهای آسیایی ناگویا فراهم شد
اجازه نمیدهیم کسی به پرچم ایران اهانت کند
قالیباف: یا بازار نفت احمق است یا آمریکا دروغ میگوید+عکس
پرچم جمهوری اسلامی، محور وحدت و نماد ایستادگی در برابر بدخواهان است
ماه کاملِ امشب از تنگهٔ هرمز+عکس
مهلت ثبتنام آزمون اخذ پروانه وکالت مرکز وکلای قوه قضائیه تمدید شد
سهمیه بومی آزمون کارشناسی ارشد علوم پزشکی سال ۱۴۰۵ اعلام شد
دانشگاه شریف در مسیر توسعه برق تجدیدپذیر؛ احداث و خرید نیروگاه
مهلت مجدد ثبتنام در آزمون دکتری تخصصی علوم پزشکی ۱۴۰۵ از امروز آغاز شد
اعلام تسهیلات ویژه برای برگزیدگان المپیاد علمی دانشجویی کشوری
اعلام نتایج اولیه کنکور سراسری ۱۴۰۵ در نیمه اول مهر
رقابت داوطلبان در سی و یکمین المپیاد علمی دانشجویی کشور آغاز شد
۱۰۹۶ میلیارد ریال به حساب اعضای صندوق ذخیره فرهنگیان واریز شد
استقلال آموزش و پرورش کالپوش؛ گامی در مسیر تحقق عدالت آموزشی
داخلیسازی صنعت نوشتافزار به بیش از ۸۵ درصد رسید
معرفی بستههای تربیت و یادگیری ارزیابی شده ویژه کودکان برای سال تحصیلی جدید
مدارس تراز؛ سامانهای برای پایش، ارزیابی و مدیریت دادهمحور مدارس
اهتمام به نماز، بخش مهمی از فرآیند تربیت دانشآموزان است
بازدید ۴۰۰ میلیونی سکوهای ایرانی برای رئیس جمهور ایران
آنتروپیک بازنده شکایت از پنتاگون شد
درخواست بازنگری در سقف سنی جذب اعضای هیئت علمی توسط جمعی از متقاضیان
تأکید معاون آموزشی دانشگاه شریف بر اهمیت بازگشت به آموزش حضوری
این دانشگاهها از امروز آموزش حضوری را آغاز کردند
ضرورت هماهنگی در سیاستگذاری فضای مجازی؛ اولویت حل مسائل اصلی مردم است
یک پژوهش جدید نشان میدهد: مریخ آب گرم داشت!
فرصت جدید ثبت نام آزمون پذیرش پزشکی از لیسانس ۱۴۰۵ فراهم شد
گوگل هوش مصنوعی را به فضا میبرد
تیک تاک ۱۲.۷ میلیون پوند جریمه میدهد
مهلت مجدد ثبتنام آزمون کارشناسی ارشد گروه پزشکی ۱۴۰۵ از امروز آغاز شد
بانویی که هجرتش آغاز یک تمدن شد
تاکید رهبر شهید بر عمومی کردن فلسفه؛تولید علم دینی بدون مبنا ممکن نیست
واکاوی مفهومی مؤلفهها و حدود مقوله سوءرفتار علیه زنان
دین در جهان شبکهها؛ چرا شیوه گفتوگو با نسل جدید باید تغییر کند؟
سیاستمداران بدون حکمت عملگرایان بی مبنا هستند
روایت رسانههای جهان از یک روز متفاوت در تهران
آغاز ثبتنام ترم پاییز دورههای آموزش قرآن دارالتحفیظ
توجه بازدیدکنندگان نمایشگاه کتاب ابوظبی به مصحف ۱۳۰ ساله مینیاتوری
نوجوان ایرانی، جهانی که آن را نمیشناسیم
چرا ما انتقادپذیر نیستیم؟
زنان جان فدا نیستند، جان فزا هستند
ترامپ باز هم خواب تنگه هرمز را دید+عکس
نخستین آزمون بسندگی زبان عربی برگزار شد
اوپن ای آی عکسهای کاربران را فاش کرد
۴۸ هزار بازمانده از تحصیل به مدرسه بازگشتند
توزیع رایگان شیر و تغذیه در مدارس دولتی ابلاغ شد
پیام تسلیت حجتالاسلام رستمی در پی ارتحال آیتالله شبیری زنجانی
۲۵۰۰ دانشجو در سراسر کشور وام شرافتی دریافت میکنند
لغو ممنوعیت انتقال دانشجویان کارشناسی ارشد و دکتری تخصصی علوم پزشکی
شرایط تخصیص خوابگاههای متأهلی اعلام شد
شیوه پرداخت یارانه دانشجویی تغذیه اعلام شد
عدم امکان تمدید زمان انتخاب رشته محل پنجاهوسومین آزمون دستیاری پزشکی
در آغوش فرشتهها
تحصن ۳ روزه اعضای هیئتعلمی در اعتراض به بلاتکلیفی کدهای استخدامی
آغاز حضوری کلاسهای دانشگاه شریف از ۴ مهرماه
سرپرست دانشگاه ملی مهارت منصوب شد
دبیرشورای عالی انقلاب فرهنگی درگذشت آیتالله شبیری زنجانی را تسلیت گفت
نگاهی به زندگی آیت الله شبیری زنجانی؛ مجاهدت در مسیر رشد حوزه
روایت پدر آیت الله شبیری زنجانی از آثار منع زکات و قحطی زنجان
تعطیلی حوزه علمیه نجف در پی درگذشت آیتالله العظمی شبیری زنجانی
هشتاد و دومین شعبه خودرو۴۵ در ستارخان تهران افتتاح شد
صدرنشینی پژوهشگاه ملی سرطان جهاددانشگاهی در بین مراکز تحقیقات پزشکی
سازماندهی اطلاعات ۴۰ هزار پایاننامه ایرانیان خارج از کشور در ایرانداک
سرپرست پارک علم و فناوری فارس منصوب شد
دلتنگ لبخند آقای شهیدیم...
دلیل تأخیر در بازنگری نقشه جامع علمی از زبان دبیر شورای عالی انقلاب فرهنگی
دارویی که تمام نشانگرهای سرطان را از بین برد
بارش بیشتر باران باعث از بین رفتن خشکسالی میشود؟
اولین پرواز مداری «استارشیپ» به تعویق افتاد
تصویر وایرال شده از سرباز اوکراینی
اپل، سامسونگ و گوگل متهم به نقض پتنت صدای فضایی
۸۴ دانشآموز و ۱۸ معلم تهرانی در دو جنگ اخیر به شهادت رسیدند
تغییر کتابهای درسی پایه اول؛ از فارسی تا ریاضی
وزیر آموزش و پرورش: دریافت وجه هنگام ثبتنام مدارس دولتی ممنوع است
۱۵۰۷ فضای آموزشی در جنگ دچار آسیب شد
«دلیران» اولین مستندمسابقه برای کودکان است/ پخش از شبکه کودک
انیمیشن ایرانی «سفینه نجات» امیدبخش است
رونمایی از یک صدای گمشده در کنسرت سازهای ایرانی بنیاد رودکی
راویان جنگ رمضان در رادیو صبا تجلیل میشوند
نتایج المپیاد علمی دانشجویان علوم پزشکی کشور اعلام شد
این دانشگاهها از امروز آموزش حضوری را آغاز کردند
درخواست بازنگری در سقف سنی جذب اعضای هیئت علمی توسط جمعی از متقاضیان
فرصت جدید ثبت نام آزمون پذیرش پزشکی از لیسانس ۱۴۰۵ فراهم شد
یک پژوهش جدید نشان میدهد: مریخ آب گرم داشت!
تأکید معاون آموزشی دانشگاه شریف بر اهمیت بازگشت به آموزش حضوری
بازدید ۴۰۰ میلیونی سکوهای ایرانی برای رئیس جمهور ایران
معرفی بستههای تربیت و یادگیری ارزیابی شده ویژه کودکان برای سال تحصیلی جدید
مهلت مجدد ثبتنام آزمون کارشناسی ارشد گروه پزشکی ۱۴۰۵ از امروز آغاز شد
اهتمام به نماز، بخش مهمی از فرآیند تربیت دانشآموزان است
ضرورت هماهنگی در سیاستگذاری فضای مجازی؛ اولویت حل مسائل اصلی مردم است
آنتروپیک بازنده شکایت از پنتاگون شد
مدارس تراز؛ سامانهای برای پایش، ارزیابی و مدیریت دادهمحور مدارس
تیک تاک ۱۲.۷ میلیون پوند جریمه میدهد
گوگل هوش مصنوعی را به فضا میبرد
سیاستمداران بدون حکمت عملگرایان بی مبنا هستند
ترامپ باز هم خواب تنگه هرمز را دید+عکس
نوجوان ایرانی، جهانی که آن را نمیشناسیم
اعلام نتایج اولیه کنکور سراسری ۱۴۰۵ در نیمه اول مهر
نخستین آزمون بسندگی زبان عربی برگزار شد
تاکید رهبر شهید بر عمومی کردن فلسفه؛تولید علم دینی بدون مبنا ممکن نیست
مهلت مجدد ثبتنام در آزمون دکتری تخصصی علوم پزشکی ۱۴۰۵ از امروز آغاز شد
زنان جان فدا نیستند، جان فزا هستند
توجه بازدیدکنندگان نمایشگاه کتاب ابوظبی به مصحف ۱۳۰ ساله مینیاتوری
دین در جهان شبکهها؛ چرا شیوه گفتوگو با نسل جدید باید تغییر کند؟
بانویی که هجرتش آغاز یک تمدن شد
اعلام تسهیلات ویژه برای برگزیدگان المپیاد علمی دانشجویی کشوری
چرا ما انتقادپذیر نیستیم؟
اوپن ای آی عکسهای کاربران را فاش کرد
واکاوی مفهومی مؤلفهها و حدود مقوله سوءرفتار علیه زنان
دانشگاه شریف در مسیر توسعه برق تجدیدپذیر؛ احداث و خرید نیروگاه
نظراتی که حاوی توهین یا افترا به اشخاص ،قومیت ها ،عقاید دیگران باشد و یا با قوانین کشور وآموزه های دینی مغایرت داشته باشد منتشر نخواهد شد - لطفاً نظرات خود را با حروف فارسی تایپ کنید.