متنوع

العلماء يصنعون لوحًا من الذهب بسمك ذرتين فقط ، أرفع ذرتين في العالم

العلماء يصنعون لوحًا من الذهب بسمك ذرتين فقط ، أرفع ذرتين في العالم

كان الذهب أحد أكثر المعادن رواجًا على وجه الأرض لجماله وبريقه بالإضافة إلى أهميته كمخزن للقيمة. إنها أيضًا مادة أساسية للإلكترونيات والعمليات الصناعية ، مما يؤدي إلى ارتفاع تكاليف كل شيء من الأجهزة الإلكترونية إلى الآلات والمعدات العلمية. الآن ، أنتج تطور كبير من جامعة ليدز في المملكة المتحدة أنحف ورقة غير مدعومة من الذهب تم إنشاؤها على الإطلاق ، بسماكة ذرتين فقط ، مما فتح الباب أمام تقنية كبيرة لتوفير التكاليف للتطبيقات الصناعية والعلمية والتجارية.

ينتج الباحثون صفائح نانوية ذهبية بسمك ذرتين فقط

أعلن باحثون في جامعة ليدز هذا الشهر في المجلةالعلوم المتقدمة أنهم طوروا تقنية لإنتاج صفائح من المشابك الذهبية بسمك ذرتين فقط ، وهو تطور يحتمل أن يغير قواعد اللعبة للمواد الصناعية والعلمية باهظة الثمن ولكنها أساسية.

ذات صلة: الباحثون يجدون بلاك نانو جولد يمكنه تحويل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون إلى وقود

تم قياس الصفائح النانوية من قبل الباحثين بأقل من نصف نانومتر ، 0.47 نانومتر على وجه الدقة ، وكل ذرة في الصفيحة النانوية الذهبية عبارة عن ذرة سطحية ، مما يعني عدم وجود ذرات كبيرة وغير تفاعلية في المادة. من حيث الكفاءة ، لا يمكنك إنتاج مادة أكثر فاعلية حيث يمكن استخدام كل ذرة في الصفيحة في العمليات الصناعية والعلمية وكذلك الأجهزة الإلكترونية المختلفة التي تعتمد بشكل كبير على المكونات التي تتطلب المعدن الثمين للعمل.

والأهم من ذلك ، أن العملية المستخدمة في إنشاء الصفيحة النانوية الذهبية لا تقتصر على الذهب فقط ، بل يمكن استخدامها لإنتاج صفائح نانوية من العديد من العناصر أو المواد المختلفة ، وفقًا للمؤلف الرئيسي للورق الدكتور سنجي يي ، من Leeds 'Molecular and مجموعة الفيزياء النانوية ومعهد ليدز للأبحاث الطبية.

"يرقى هذا العمل إلى إنجاز تاريخي. فهو لا يفتح فقط إمكانية استخدام الذهب بكفاءة أكبر في التقنيات الحالية ، بل إنه يوفر طريقًا يسمح لعلماء المواد بتطوير معادن ثنائية الأبعاد أخرى. ويمكن لهذه الطريقة أن تبتكر تصنيع المواد النانوية . "

في أي وقت تقوم فيه بصنع شيء على مستوى النانو ، يكون هذا إنجازًا هندسيًا رائعًا ، ولكن إنتاج صفيحة ثنائية الأبعاد من ذرات الذهب أمر لا يصدق. لإنشاء الصفيحة ، بدأ باحثو ليدز بحمض الكلوروريك ، وهو مركب يحتوي على الذهب ، معلق في محلول مائي. ثم قاموا بإدخال "عامل حبس" ، أو مادة تحفز الذهب الموجود في الحمض على الاختزال إلى شكله المعدني ، والذي ينتج في هذه الحالة طبقة سميكة من ذرتين. هذا هو.

تعد البساطة النسبية للتقنية مهمة نظرًا لأنه من المحتمل أن يتم توسيع نطاقها بسرعة أكبر بكثير من الطرق الأكثر تعقيدًا لتصنيع المواد. بالنظر إلى وفورات التكلفة المحتملة التي توفرها المواد الجديدة ، فإن الشركات الصناعية والمعاهد العلمية لديها كل الأسباب للاستثمار في تطوير هذه العملية بشكل أكبر.

كيف يمكن لألواح الذهب النانوية أن تخفض بشكل كبير تكاليف التطبيقات الصناعية والبحث العلمي

يعد التركيز على الذهب أمرًا مهمًا نظرًا لدوره المتكامل في الصناعة والعلوم والتكنولوجيا. إلى جانب استخدامها على نطاق واسع في موصلات كل نوع من المكونات الإلكترونية تحت الشمس ، تلعب الجسيمات النانوية الذهبية دورًا أساسيًا كمحفز للتفاعلات الكيميائية المختلفة المطلوبة في العمليات الصناعية. تُستخدم جزيئات الذهب النانوية على نطاق واسع ، وبالنظر إلى تكلفة المادة ، فإن هذا الاعتماد الذي لا مفر منه على الذهب يمكن أن يؤدي إلى زيادة تكاليف البحث والتطبيقات الصناعية.

هذا صحيح بشكل خاص لأن الكثير من جزيئات الذهب النانوية المستخدمة اليوم عبارة عن جزيئات كبيرة مخبأة بعيدًا تحت ذرات الطبقة السطحية. لا تعمل هذه الذرات المخفية كمحفز للتفاعلات الكيميائية لأنها لا تتلامس أبدًا مع المواد الأخرى.

ومع ذلك ، فإن الألواح النانوية الذهبية الجديدة ثنائية الأبعاد. كل ذرة في الصفيحة النانوية الذهبية عبارة عن ذرة سطحية ، لذلك لا يتم إهدار الذهب الزائد في هذه العملية. يمكن أن يساعد هذا في خفض تكاليف الاستخدام الصناعي والعلمي للمعادن الثمينة بشكل كبير. لهذا السبب ، قرر باحثو ليدز أن صفائح الذهب النانوية تقدم كفاءة بعشرة أضعاف كركيزة تحفيزية مقارنة بجسيمات الذهب النانوية المستخدمة على نطاق واسع ، ولكنها أكبر بكثير.

يعتقد البروفيسور ستيفن إيفانز ، رئيس مجموعة الفيزياء الجزيئية والنانوية في ليدز والمشرف على فريق البحث ، أن هذا الابتكار لديه القدرة على أن يكون تحويليًا في العمليات الصناعية الحالية والأجهزة عالية التقنية.

قال إيفانز: "الذهب عامل مساعد فعال للغاية". "نظرًا لأن الصفائح النانوية رفيعة جدًا ، تلعب كل ذرة ذهب دورًا في التحفيز. وهذا يعني أن العملية عالية الكفاءة ،" مضيفة "تشير بياناتنا إلى أن الصناعة يمكن أن تحصل على نفس التأثير من استخدام كمية أقل من الذهب هذا له مزايا اقتصادية عندما تتحدث عن معدن ثمين ".

يدعو هذا التطور إلى التفكير في تطوير المادة الأصلية ثنائية الأبعاد ، الجرافين ، منذ أكثر من عقد من قبل باحثين في جامعة مانشستر. لا يزال الجرافين يحمل وعدًا لا يُصدق كمادة ، لكن الاستخدام الواسع للمادة التي توقعها الكثيرون في ذلك الوقت لم يتحقق بعد.

في حين أن الجرافين يتمتع بقوة مذهلة مقارنة بالمواد الأخرى ، إلا أن إنتاجه مكلف أيضًا ، ولا يوجد أي شيء يمكن أن يحل محل الجرافين بفعالية بتكلفة أقل. نتيجة لذلك ، لم يشهد الجرافين الاستخدام الصناعي أو التجاري الواسع الذي كان الكثيرون يأملون في رؤيته في عام 2004.

لا يمكن قول الشيء نفسه عن الذهب ، وهو مادة مستخدمة بالفعل على نطاق واسع في الصناعة بتكلفة لا تصدق. إن استبدال مادة الذهب الحالية التي تستخدمها بالفعل بشكل أكثر كفاءة من نفس المادة بتكلفة مخفضة بشكل كبير هو أمر لا يحتاج إلى تفكير.

قال إيفانز: "قد تستغرق ترجمة أي مادة جديدة إلى منتجات عملية وقتًا طويلاً ولا يمكنك إجبارها على القيام بكل ما تريده". "مع الجرافين ، اعتقد الناس أنه يمكن أن يكون جيدًا للإلكترونيات أو للطلاء الشفاف - أو كأنابيب نانوية كربونية يمكن أن تصنع مصعدًا لنقلنا إلى الفضاء بسبب قوتها الفائقة.

"أعتقد أنه مع الذهب ثنائي الأبعاد ، حصلنا على بعض الأفكار المحددة جدًا حول المكان الذي يمكن استخدامه فيه ، لا سيما في التفاعلات التحفيزية والتفاعلات الأنزيمية. نعلم أنه سيكون أكثر فعالية من التقنيات الحالية - لذلك لدينا شيء نعتقد أن الناس سيكونون مهتم بالتطوير معنا ".


شاهد الفيديو: تجربة رذرفورد (كانون الثاني 2022).