صفائح أحادية الذرة كمادة للمستقبل

هناك طريقة جديدة لتقسيم المواد متعددة الطبقات، مثل الجرافيت، إلى صفائح أحادية الذرة، يمكن أن تؤدي إلى تطوير تقنيات ثورية في مجالات المكونات الإلكترونية وتخزين الطاقة.

هناك طريقة جديدة لتقسيم المواد متعددة الطبقات، مثل الجرافيت، إلى صفائح أحادية الذرة، يمكن أن تؤدي إلى تطوير تقنيات ثورية في مجالات المكونات الإلكترونية وتخزين الطاقة.

اخترع فريق دولي من الباحثين، بقيادة علماء من جامعة أكسفورد وجامعة دبلن، طريقة متعددة الاستخدامات لإنشاء هذه الصفائح النانوية بسماكة ذرة واحدة من مجموعة متنوعة من المواد باستخدام نبضات فوق صوتية خفيفة، من النوع الذي تم إنشاؤه بواسطة أجهزة تنظيف المجوهرات، والمذيبات الشائعة. الطريقة الجديدة بسيطة وسريعة ورخيصة، ويمكن استخدامها على نطاق صناعي. ونشرت نتائج البحث في مجلة العلوم المرموقة.

تحتوي كل طبقة من الجرافيت بسماكة ملليمتر واحد على حوالي ثلاثة ملايين طبقة من الجرافين - وهي طبقة مسطحة من الكربون يبلغ سمكها ذرة واحدة - مكدسة واحدة فوق الأخرى. "بسبب هذه الخصائص الإلكترونية الاستثنائية، حظيت مادة الجرافين بالكثير من الاهتمام، وكانت حتى الأساس لجائزة نوبل الأخيرة في الفيزياء، ويأمل الباحثون في هذا المجال أن تتمكن يومًا ما من استبدال مادة السيليكون في المكونات الإلكترونية للمستقبل"، تقول الدكتورة فاليريا نيكولوسي من جامعة أكسفورد. "ومع ذلك، في الواقع، لدينا مئات من المواد الأخرى متعددة الطبقات التي يمكننا استخدامها لتطوير تقنيات مبتكرة وفعالة."

ويضيف أحد الباحثين ويقول: "توجد في هذه المواد المبتكرة خصائص كيميائية وإلكترونية مناسبة جدًا لتطبيقات الأجهزة الإلكترونية الجديدة، ومواد مركبة قوية للغاية وأجهزة لتوليد وتخزين الطاقة. وعلى وجه الخصوص، يمثل هذا البحث إنجازًا مهمًا في تطوير مواد كهروحرارية فعالة."

هناك أكثر من مائة وخمسين مادة متعددة الطبقات من هذا النوع الرائع - مثل نيتريد البورون وثاني كبريتيد الموليبدينوم وثاني كبريتيد التنغستن - والتي لديها القدرة على أن تصبح مادة معدنية أو شبه معدنية أو شبه موصلة، اعتمادًا على تركيبها الكيميائي وخصائصها. الترتيب المحدد لذراتها.

لعقود من الزمن، حاول العلماء إنتاج صفائح نانوية من هذه الأنواع من المواد، حيث أن الطبقات التي يبلغ سمكها ذرة واحدة يمكن أن تمكن من اكتشاف واستخدام خصائص إلكترونية وكهربائية حرارية غير عادية. ومع ذلك، كانت جميع الطرق السابقة طويلة وشاقة، وبالإضافة إلى ذلك، كانت المواد الناتجة هشة وغير مناسبة لمعظم التطبيقات المطلوبة.

"إن طريقتنا المبتكرة توفر تكاليف منخفضة واستخدامًا عاليًا للغاية وطاقة عالية للغاية: في غضون ساعات قليلة وبمساعدة ملليجرام واحد فقط من المادة، من الممكن الحصول على ملايين وملايين من صفائح النانو الشبيهة بالجرافين بسمك واحد. "الذرة من مجموعة واسعة من المواد الرائعة متعددة الطبقات"، يشير الباحث.

يمكن رش صفائح النانو، التي تم إنشاؤها بهذه الطريقة، على سطح مواد أخرى، مثل السيليكون، للحصول على "طبقات هجينة" يمكن دمجها في العمليات والأساليب الحالية. ويمكن استخدام هذه المواد في تطوير أجهزة الحوسبة وأجهزة الاستشعار والبطاريات المبتكرة.
أخبار الدراسة