"في المستقبل، سنكون قادرين على إنشاء جهاز يحتوي على نوع واحد من الوظائف في منطقة واحدة ووظائف مختلفة تمامًا في منطقة أخرى، وفي نفس المادة. "ستعمل هذه المناطق بشكل مختلف، لكنها ستظل جزءًا من نفس الجهاز المدمج والرخيص"، يوضح الباحث الرئيسي.
أصبح مستقبل الكيمياء العضوية أكثر اتساعًا بعد أن اكتشف باحثون من جامعة رايس طريقة محكمة للغاية لربط الجزيئات العضوية بالجرافين النقي، وهي طريقة تسمح للمادة بأن تكون مناسبة لمجموعة متنوعة من التطبيقات الجديدة.
قام فريق من الباحثين في مختبر الكيميائي جيمس تور في جامعة رايس، بالاعتماد على النتائج السابقة في أبحاث الجرافين، بتطوير طريقة من خطوتين لتحويل مادة الجرافين المبتكرة (صفيحة ذرة واحدة) إلى شبكة فائقة لاستخدامها في المواد العضوية. كيمياء. يمكن أن تؤدي نتائج البحث إلى تقدم في تطوير أجهزة الاستشعار الكيميائية القائمة على الجرافين، والأجهزة الإلكترونية الحرارية والمواد المبتكرة تمامًا. ونشرت نتائج البحث في المجلة العلمية Nature Communications.
الجرافين نفسه خامل في العديد من التفاعلات العضوية، وباعتباره شبه معدن، فهو يفتقر إلى أي فجوة نطاقية؛ هذه الحقيقة تحد من فائدتها في مجال المكونات الإلكترونية. ومع ذلك، أظهر البحث الجديد كيف يمكن للجرافين، وهو أصلب مادة معروفة غير الماس، أن يكون مناسبًا لأنواع جديدة من الكيمياء.
يقول الباحث الرئيسي: حتى الآن، لم تكن هناك طريقة لربط جزيئات مختلفة بمستوى ورقة الجرافين. ويضيف ويقول: "في معظم الحالات، تصل إلى الحواف، وليس إلى مركز المادة". "ومع ذلك، باستخدام طريقتنا الجديدة المكونة من خطوتين، نحن قادرون على جعل الجرافين يخضع لتفاعل ممنون (الهدرجة، إدخال ذرات الهيدروجين) من أجل بناء قالب محدد وفي الخطوة التالية ربط الجزيئات الأخرى بالمواضع التي يوجد فيها وكانت ذرات الهيدروجين موجودة.
"إن طريقتنا مفيدة لإعداد، على سبيل المثال، أجهزة الاستشعار الكيميائية حيث تريد ربط البروتينات أو جزيئات الحمض النووي أو السكريات خارج ورقة الجرافين في مواقع محددة عبر الجهاز. يكون التفاعل في هذه المواضع سريعًا بشكل خاص مقارنةً باتصال الجزيئات بحواف الجرافين. الآن لدينا إمكانية تحديد نقطة الاتصال الخاصة بهم."
تتضمن الخطوة الأولى في العملية إعداد قالب طباعة حجرية يسمح بربط ذرات الهيدروجين بمواضع محددة في ورقة الجرافين؛ وقام الباحثون بتحويل السطح أحادي البعد إلى شبكة فائقة ثنائية الأبعاد، وهي شبه موصلة تسمى الجرافان. تم إدخال ذرات الهيدروجين باستخدام خيط ساخن باستخدام طريقة طورها زميله الباحث في جامعة رايس، روبرت هوج.
أظهر الباحثون قدرتهم على حقن جزر الجرافين المعالجة بدقة في الجرافين أثناء نقش النص المجهري وشعار جامعة رايس. عادة ما يطرد الجرافين جزيئات الفلورسنت، لكن الجرافين لا يعمل بهذه الطريقة، لذلك توهج الرمز بالفعل عندما قمنا بتشعيع ورقة الجرافين. تسمح هذه الطريقة الجديدة للباحثين برؤية الأنماط بدقة عالية تصل إلى ميكرون واحد تقريبًا، وهو الحد الأقصى للطباعة الحجرية التقليدية المتاحة للعلم اليوم.
وفي الخطوة التالية، قام الباحثون بتعريض المادة لأملاح الديازونيوم التي "هاجمت" كيميائيًا روابط الكربون والهيدروجين في الجزر المتكونة. تتمتع هذه الأملاح بإمكانية رائعة "لإزالة" ذرات الهيدروجين مع الحصول على روابط كربون-كربون التي تسمح لها بالاندماج مع المواد العضوية الأخرى. يوضح أحد الباحثين: "ما حصلنا عليه في هذا البحث هو القدرة على الانتقال من شبكة الجرافين والجرافين الفائقة إلى مادة هجينة تمثل شبكة فائقة أكثر تعقيدًا". "نحن مهتمون بإحداث تغييرات وظيفية يمكن من خلالها التحكم في موقع وأنواع الروابط الكيميائية والمجموعات الوظيفية وتركيزات المواد المختلفة.
"في المستقبل، سنكون قادرين على إنشاء جهاز يحتوي على نوع واحد من الوظائف في منطقة واحدة ووظائف مختلفة تمامًا في منطقة أخرى، وفي نفس المادة. "ستعمل هذه المناطق بشكل مختلف، لكنها ستظل جزءًا من نفس الجهاز المدمج والرخيص"، يوضح الباحث الرئيسي. "في بداية عصر الجرافين، لم يكن من الممكن تطبيق الكثير من الكيمياء العضوية عليه. الآن، يمكننا أن نفعل أي شيء تقريبًا بها، فيما يتعلق بالكيمياء العضوية. طريقتنا تفتح نافذة على العديد من الاحتمالات والتطبيقات."
تعليقات 2
إلى AR
ليس من السهل دائمًا العثور على مشاكل جيدة للحلول. هناك أمثلة
للحلول الرائعة التي انتظرت سنوات عديدة للمشاكل المناسبة.
الليزر على سبيل المثال، وأشباه البلورات على سبيل المثال، وربما حتى الجرافين.
من فضلك امثلة تطبيقية