نانومواد

کوچکتر از همیشه – کاوش در خصوصیات غیرمعمول مواد در اندازه کوانتوم

کوچکتر از همیشه – کاوش در خصوصیات غیرمعمول مواد در اندازه کوانتوم

 

کوچکتر از همیشه - کاوش در خصوصیات غیرمعمول مواد در اندازه کوانتوم
با استفاده از دندریمرها به عنوان الگوهای مولکولی برای تولید آرایش های متنوع یون های فلزی ، SNP های قطر حدود ۱ نانومتر با نسبت دقیق ایندیم به قلع را می توان به راحتی بدست آورد. اعتبار: Tokyo Tech

کوچکتر از همیشه – کاوش در خصوصیات غیرمعمول مواد در اندازه کوانتوم توسعه نانومواد کاربردی یک نقطه عطف مهم در تاریخ علم مواد بوده است. نانوذرات با قطر ۵ تا ۵۰۰ نانومتر در مقایسه با نمونه های فله ای خاصیت بی سابقه ای مانند فعالیت کاتالیزوری بالا دارند. علاوه بر این ، با کوچکتر شدن ذرات ، پدیده های کوانتومی عجیب و غریب برجسته تر می شوند. این امر دانشمندان را قادر به تولید مواد و دستگاههایی با خصوصیاتی کرده است که فقط رویای آنها بوده است ، خصوصاً در زمینه های الکترونیک ، تجزیه و تحلیل و اپتیک.

دانشکده ها : اما اگر کوچکتر شویم چه می شود؟ زیر ذرات نانو (SNP) با اندازه ذرات حدود ۱ نانومتر اکنون به دلیل غلبه اثرات کوانتومی ، طبقه جدیدی از مواد با خصوصیات مشخص در نظر گرفته می شوند. پتانسیل استفاده نشده SNP توجه دانشمندان توکیو فناوری را به خود جلب کرده است ، که در حال حاضر چالش های ناشی از این زمینه عمدتا کشف نشده را انجام می دهند. در مطالعه اخیر منتشر شده در مجله انجمن شیمی آمریکا ، تیمی از دانشمندان آزمایشگاه شیمی و علوم زندگی ، به سرپرستی دکتر تاکاماسا تسوکاموتو ، رویکرد جدیدی را برای غربالگری مولکولی به نمایش گذاشتند که امیدوار کننده است SNP ها.

همانطور که انتظار می رود ، سنتز SNP ها با مشکلات فنی روبرو است ، حتی بیشتر برای کسانی که دارای چندین عنصر هستند. دکتر تسوکاموتو توضیح می دهد: “حتی SNP های حاوی فقط دو عنصر مختلف به سختی مورد بررسی قرار گرفته اند زیرا تولید یک سیستم در مقیاس زیر سنج نیاز به کنترل دقیق نسبت ترکیب و اندازه ذرات با دقت اتمی دارد.” با این حال ، این تیم از دانشمندان قبلاً روش جدیدی ایجاد کرده بودند که با استفاده از آن می توان SNP ها را از نمکهای فلزی مختلف با کنترل شدید بر تعداد کل اتمها و نسبت هر عنصر تهیه کرد.

کوچکتر از همیشه - کاوش در خصوصیات غیرمعمول مواد در اندازه کوانتوم
(چپ) در حال اسکن تصویر میکروسکوپی الکترونی عبوری از یک SNP اکسید In12Sn16. (راست) حالات غیرمعمول الکترونیکی وقتی ظاهر می شوند که نسبت ایندیم به قلع ۳: ۴ باشد (یعنی SNP با ۱۲ اتم ایندیم و ۱۶ اتم قلع). این نسبت با یک ستاره سبز در شکل مشخص شده است. اعتبار: Tokyo Tech

رویکرد آنها متکی به دندریمرها است (شکل ۱ را ببینید) ، نوعی مولکول متقارن که به صورت شعاعی به سمت بیرون منشعب می شود مانند درختان جوانه زده یک مرکز مشترک تشکیل می دهد. دندریمرها به عنوان الگویی عمل می کنند که می توان نمک های فلزی را با دقت در پایه شاخه های مورد نظر جمع کرد. پس از آن ، از طریق کاهش شیمیایی و اکسیداسیون ، SNP ها دقیقاً بر روی داربست دندریمر سنتز می شوند. دانشمندان از این روش در جدیدترین مطالعه خود برای تولید SNP با نسبتهای مختلف اکسیدهای ایندیم و قلع استفاده کرده و سپس خصوصیات فیزیکوشیمیایی آنها را بررسی کردند.

یک یافته عجیب این بود که حالتهای الکترونیکی غیرمعمول و محتوای اکسیژن در نسبت ایندیوم به قلع ۳: ۴ رخ داده است (شکل ۲ را ببینید). این نتایج حتی در مطالعات نانوذرات با اندازه و ترکیب کنترل شده بی سابقه بود و دانشمندان آنها را به پدیده های فیزیکی منحصر به مقیاس زیر نانومتر نسبت دادند. علاوه بر این ، آنها دریافتند که خصوصیات نوری SNP ها با این نسبت بنیادی نه تنها با SNP ها با نسبت های دیگر ، بلکه همچنین ذرات نانو با همان نسبت متفاوت هستند. همانطور که در شکل ۳ نشان داده شده است ، SNP ها با این نسبت به جای رنگ سفید زرد بوده و تحت تابش اشعه ماوراlet بنفش فوتولومینسانس سبز نشان داده اند.

کوچکتر از همیشه - کاوش در خصوصیات غیرمعمول مواد در اندازه کوانتوم
اگرچه بیشتر SNP ها سفید بودند ، اما فقط کسانی که نسبت ایندیم به قلع ۳: ۴ داشتند ، رنگ آنها زرد کمرنگ بود و در اثر تابش اشعه ماوراlet بنفش ، نور لومینسانس سبز را به نمایش گذاشتند. تصور می شود که این ویژگی های عجیب و غریب توسط اثرات هماهنگ کوچک سازی اندازه و ترکیبی عناصر ایجاد می شود. اعتبار: Tokyo Tech

بررسی خصوصیات مواد در مقیاس زیر نانومتر به احتمال زیاد منجر به کاربرد عملی آنها در الکترونیک و کاتالیزورهای نسل بعدی خواهد شد. با این حال ، این مطالعه فقط آغاز در زمینه مواد زیر نانومتری است ، همانطور که دکتر تسوکاموتو نتیجه گرفت: “مطالعه ما اولین کشف توابع منحصر به فرد در SNP ها و اصول اساسی آنها از طریق یک جستجوی غربالگری پی در پی است. ما معتقدیم یافته های ما به عنوان گام اولیه به سمت توسعه مواد اندازه کوانتومی که هنوز ناشناخته اند خدمت خواهد کرد. ” دنیای زیر نانومتری در انتظار است!

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا