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
تب هوش مصنوعی در شرکت‌ها هم داغ شد
علت فوت حمید علیدوستی چه بود؟
داروهایی که به نفع ویروس عمل می‌کند و سلامت بیمار را به خطر می‌اندازد
کشف یک جرم مرموز در لبه منظومه شمسی توسط اخترشناسان
تصویر روز ناسا از شب در سیاره‌ای وهم‌انگیز
کنجکاوی کودک تا کجا باید درباره تلفن همراه والدین پیش برود؟
کتاب صوتی «پل‌های مدیسون کانتی» منتشر شد
چرا از قهرمانان فقط مدال‌هایشان را می‌بینیم؟
کتاب «هم‌سفیر» منتشر شد
ستاره اسکندری پس از هفت سال به صحنه تئاتر بازمی‌گردد
کمبود جدی فضای آموزشی در مناطق حاشیه‌ای و پرتراکم شهری
دانش‌آموزان قرآنی شایسته قدردانی هستند
چرا سریال «روشنایی شب» با واکنش رسانه صهیونیستی مواجه شد؟
محدودیت دسترسی به اطلاعات اسلحه‌ها برای نوجوانان در چت جی پی تی
ثبت‌نام آزمون انتخاب حسابدار رسمی سال ١۴۰۵ آغاز شد؛ اعلام زمان آزمون
تسهیلات جدید برای قبولی‌های ارشد و دکتری از سوی وزارت علوم
نمرات مردودی دانشجویان ورودی ۱۴۰۲ به بعد در معدل کل محاسبه نمی‌شود
تفکیک مسیر ارتقای اساتید علوم انسانی از رشته‌های مهندسی و کشاورزی
امکان ویرایش معدل و سهمیه در آزمون کارشناسی ارشد علوم پزشکی فراهم شد
کلیداولیه آزمون دکتری تخصصی علوم پزشکی۱۴۰۵ منتشر شد
کد آیسیک چیست؟ راهنمای انتخاب و استعلام فعالیت اقتصادی | آرمیتاتکس
محرابی که در عید قربان تبریز به خون نشست؛ نخستین شهید محراب که بود؟
نمایشگاه جدید موزه «جستجوی ایران» افتتاح شد؛ بازخوانی ریشه‌های بحران هویت و گسست تاریخی
رمانی در ستایش قدیس مهربانی برنده جایزه بزرگ رمان آکادمی فرانسه شد
۱۷۳ هنرمند در جشنواره هنرهای تجسمی جوانان رقابت می‌کنند
تنوع دیدگاه‌ها معیار انتخاب در کارگاه نقاشی جشنواره تجسمی جوانان است
هومن کیایی و مجتبی رجبی‌معمار «داستان زندگی من» را روایت می‌کنند
فیلم‌های «بالاچ» و «سومری‌ها» اکران می‌شوند
معرفی اعضای هیئت انتخاب آثار جشنواره تئاتر خیابانی مریوان
تلاش برای کشف استعدادها؛ بخش بین‌المللی تئاتر نیاز به تقویت دارد
یک بازار سه روایت؛ بندرعباس در تهران تماشایی شد
متا خارج از دادگاه نوجوان شاکی را راضی به تسویه کرد
دانشگاه آزاد اسلامی در زمره ۱۰۰ دانشگاه برتر جهان قرار دارد
اجرای طرح فروش حضوری و مجازی کتاب‌فروشی‌ها در «بازار کتاب»
لبیک نهادهای علمی به پیام رهبر انقلاب: برای خیزش علمی شتابان آماده‌ایم
نحوه دریافت ارز از دانشجویان خارجی اعلام شد
جزییات افزایش تسهیلات رفاهی دانشجویان علوم پزشکی؛ افزایش وام ازدواج
نوبت دوم آزمون کارشناسی ارشد علوم پزشکی سال ۱۴۰۵ در ۳۳ رشته برگزار شد
ظرفیت پذیرش پزشکی و دندانپزشکی در سال ۱۴۰۶ تعیین شد
رونمایی از نرم‌افزار «ردا کارت» دانشجویی؛ زمان اجرا به زودی مشخص می‌شود
فرهنگستان علوم ظرفیت خود را برای تحقق خیزش علمی کشور به کار می‌گیرد
کنار رفتن «حجاب ابزار» برای مستندسازی یک فرصت است؛ فرا رفتن از گزارش
حریم خصوصی در فضای مجازی؛ انتشار پیام و تصویر دیگران شرعا جایز است؟
حجت‌الاسلام قمی: هیئت، سیاسی‌ترین و استکبارستیزترین محفل شیعه است
«گوهر فضیلت»؛ بازخوانی میراث علمی و سلوک معنوی آیت‌الله مروارید
وقتی تصویر و صدای جعلی به نام حقیقت منتشر می‌شود؛حکم شرعی تغییر هوشمند
فاطمیه فرصتی برای پیوند محبت فاطمی با فرهنگ وقف و خیر ماندگار
«کافه سلطان»؛ روایت زندگی روزمره در سایه جنگ
از بازتاب سخنان تلخ اکبر زنجان‌پور تا گرامی‌داشتی برای اکبر عبدی
رویا میرعلمی مهمان آخرین قسمت «هم‌کلام» می‌شود
نقشم در «نسخه آزمایشی» از من دور بود؛ سارقی که بعد از نامزدی توبه کرد
موسیقی بازی‌ها از قاب نمایشگر تا صحنه ارکسترال
معرفی آثار ۲ بخش از جشنواره فیلم مقاومت
اپل لپ تاپ گرانقیمت با نمایشگر لمسی را معرفی کرد
گرم‌کن گرافنی ژاپنی در سه ثانیه گرم می‌شود
آمازون دوباره کارمندانش را بیکار کرد
دست نوشته دانشجویان در بیعت با رهبر انقلاب
امکان تحصیل دانش آموزان ایرانی خارج از کشور فراهم است
اعلام لبیک شورای عالی انقلاب فرهنگی به رهنمودهای رهبر معظم انقلاب
ثبت نام بیش از ۳۰ هزار نفر در آزمون دکتری نیمه‌متمرکز سال ۱۴۰۶
اطلاعات تازه درباره سهمیه‌ها و تسهیلات آزمون دکتری نیمه متمرکز سال ۱۴۰۶
علیرضا استادی: جسارت بازی درنقش تاریخی را پیدا کردم
دست رد ۳ جشنواره بر فیلم جدید پل شریدر؛ «مبانی فلسفه» پسندیده نشد
رونمایی از «هزاردستان» نخستین انیمیشن «دست‌ساز» جهان
نمایشگاه «رد خط» به نیاوران رسید
بسیج دانش‌آموزی در بیش از نیمی از مدارس کشور حضور دارد
نقش سوره‌های کوتاه در آشنایی کودکان با قرآن
افزایش سرانه های آموزشی در استان تهران/ ساخت مدرسه به تنهایی کافی نیست
کودکان البرزی مأموریت نیمه‌تمام شهید ماکان نصیری را ادامه می‌دهند
تصادف تریلی با سرویس مدرسه در اردکان؛ یک دانش‌آموز جان باخت
کاظمی: نظام سنجش آموزش‌وپرورش نیازمند تحول اساسی است
اسامی برگزیدگان مرحله نهایی سی‌ویکمین المپیاد علمی دانشجویی اعلام شد
هشدار افتا درباره قطع دسترسی به دامنه‌های خارجی؛ لزوم مهاجرت به ir
چت جی پی تی بیمار مبتلا به صرع را به سرپیچی از دستور پزشکان تشویق کرد
متا برای معتاد کردن نوجوانان به دادگاه می رود
یک انفجار کیهانی ۲۷ روزه در فضا کشف شد
اپل دو دستگاه جدید معرفی کرد +قیمت
جاسوسی شرکت اسرائیلی از کاربران استارلینک فاش شد
خدا از رگ گردن به ما نزدیک‌تر است؛ پس چرا باید عبادت کنیم؟
آیت الله رشاد: بیانیه رهبر معظم انقلاب، محرک تاریخی پیشرفت علمی کشور است
ثبت نام بیش از ۳۰ هزار نفر در آزمون دکتری نیمه‌متمرکز سال ۱۴۰۶
اطلاعات تازه درباره سهمیه‌ها و تسهیلات آزمون دکتری نیمه متمرکز سال ۱۴۰۶
اعلام لبیک شورای عالی انقلاب فرهنگی به رهنمودهای رهبر معظم انقلاب
دست نوشته دانشجویان در بیعت با رهبر انقلاب
دست رد ۳ جشنواره بر فیلم جدید پل شریدر؛ «مبانی فلسفه» پسندیده نشد
کودکان البرزی مأموریت نیمه‌تمام شهید ماکان نصیری را ادامه می‌دهند
اسامی برگزیدگان مرحله نهایی سی‌ویکمین المپیاد علمی دانشجویی اعلام شد
متا برای معتاد کردن نوجوانان به دادگاه می رود
رونمایی از «هزاردستان» نخستین انیمیشن «دست‌ساز» جهان
بسیج دانش‌آموزی در بیش از نیمی از مدارس کشور حضور دارد
علیرضا استادی: جسارت بازی درنقش تاریخی را پیدا کردم
آیت الله رشاد: بیانیه رهبر معظم انقلاب، محرک تاریخی پیشرفت علمی کشور است
نمایشگاه «رد خط» به نیاوران رسید
افزایش سرانه های آموزشی در استان تهران/ ساخت مدرسه به تنهایی کافی نیست
تصادف تریلی با سرویس مدرسه در اردکان؛ یک دانش‌آموز جان باخت
کاظمی: نظام سنجش آموزش‌وپرورش نیازمند تحول اساسی است
خدا از رگ گردن به ما نزدیک‌تر است؛ پس چرا باید عبادت کنیم؟
هشدار افتا درباره قطع دسترسی به دامنه‌های خارجی؛ لزوم مهاجرت به ir
یک انفجار کیهانی ۲۷ روزه در فضا کشف شد
امکان تحصیل دانش آموزان ایرانی خارج از کشور فراهم است
رونمایی از نرم‌افزار «ردا کارت» دانشجویی؛ زمان اجرا به زودی مشخص می‌شود
ظرفیت پذیرش پزشکی و دندانپزشکی در سال ۱۴۰۶ تعیین شد
اپل دو دستگاه جدید معرفی کرد +قیمت
نقش سوره‌های کوتاه در آشنایی کودکان با قرآن
فرهنگستان علوم ظرفیت خود را برای تحقق خیزش علمی کشور به کار می‌گیرد
چت جی پی تی بیمار مبتلا به صرع را به سرپیچی از دستور پزشکان تشویق کرد
آیا دینداری مانع پیشرفت می‌شود؟
جاسوسی شرکت اسرائیلی از کاربران استارلینک فاش شد
جزییات افزایش تسهیلات رفاهی دانشجویان علوم پزشکی؛ افزایش وام ازدواج
«گوهر فضیلت»؛ بازخوانی میراث علمی و سلوک معنوی آیت‌الله مروارید
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.