نجح الباحثون مؤخرًا في تطوير أعمدة من النانوجرافين، وهي عدة طبقات من النانوجرافين مكدسة الواحدة فوق الأخرى، وهي أنظمة جزيئية يمكن استخدامها في المستقبل كعناصر وظيفية، على سبيل المثال في تطبيقات الخلايا الشمسية.
[ترجمة د. موشيه نحماني]
الجرافين هو مادة كربونية تشكل طبقات رقيقة للغاية. بفضل خصائصها غير العادية، فهي مادة مثيرة للاهتمام في مجموعة متنوعة من المجالات التطبيقية. وينطبق هذا الاستنتاج أيضًا على عائلة المواد بأكملها التي تنتمي إلى مجموعة "الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات" (PAHs)، والتي يمكن اعتبارها مقاطع عرضية للجرافين. تعتبر هذه المواد مواد واعدة في مجال الخلايا الكهروضوئية أو الترانزستورات ذات التأثير الميداني. تمت دراسة جزيئات الهيدروكربون العطرية متعددة الحلقات الكبيرة، في تكوين أحادي الطبقة - والتي يشار إليها غالبًا باسم النانوجرافين - بشكل متعمق لفترة طويلة. في المقابل، لا يُعرف سوى القليل عن هذه الجزيئات التي يتم تنظيمها في تكوين مكدسات متعددة الطبقات على شكل عمود.
والآن أصبح الطريق ممهدًا لتطوير نهج مبتكر لإنتاج هذه المواد: فقد طور باحثون من جامعة فورتسبورغ في ألمانيا طريقة متطورة لإنتاج جسيمات الجرافين النانوية متعددة الطبقات بطريقة دقيقة ومخططة، كما نشرت منذ فترة طويلة في المجلة العلمية طبيعة الكيمياء. يوضح الباحث الرئيسي: "في مختبرنا، تمكنا من تصنيع نانوغرافين مصنوع خصيصًا يحتوي على مركبين مفتوحين على جانبي النواة المستوية". تم إنشاء هذه المجمعات عن طريق توصيل محولات الطاقة الحجمية. ونتيجة لذلك، يمكن أن يشتمل النانوجرافين على جزيئين هيدروكربونيين عطريين متعددي الحلقات أصغر حجمًا على الأكثر، أحدهما على جانبه العلوي والآخر على جانبه السفلي. وكجزء من تجاربهم، لاحظ الباحثون أن النانوجرافين يمكن أن يشكل اتحادات ثنائية وثلاثية الطبقات مع نفس الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات في المحلول. بالإضافة إلى ذلك، تمكن فريق البحث من عزل أزواج من هذه المترافقات كمواد صلبة، أي في التكوين المكون من أربع وست طبقات وكذلك في التكوينات الأخرى. تم تأكيد التفاصيل الهيكلية لهذه المنتجات من خلال الحسابات الكمومية ودراسات الترابط الكيميائي.
إمكانية التطبيق في الخلايا الشمسية
وقال الباحث الرئيسي: "يمكن تطبيق فكرتنا حول تنظيم النانوجرافينات متعددة الطبقات على تصميم المواد العضوية الوظيفية". ويواصل القول بأن استراتيجية استخدام مواد النانوغرافين متعددة الطبقات لإنتاج حاملات الشحنة في الخلايا الشمسية تعد استراتيجية واعدة للمستقبل.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
