خبر کامل
تولید نانوسکرول MXene: گامی نو در فناوری‌های نانو
پس از نزدیک به پانزده سال از کشف ماده نانویی و رسانای دوبعدی MXene، دانشمندان دانشگاه درکسل موفق به تولید نسخه یک‌بعدی این ماده با نام «نانوسکرول MXene» شده‌اند. این ساختارهای نوین، که حدود ۱۰۰ برابر نازک‌تر از موی انسان هستند، نه تنها از رسانایی الکتریکی بالاتری نسبت به صفحات تخت MXene برخوردارند، بلکه پتانسیل تحول‌آفرینی در فناوری‌های کلیدی مانند سیستم‌های ذخیره انرژی، حسگرهای زیستی و الکترونیک پوشیدنی را نوید می‌دهند.
هندسه لوله‌ای: کلید حرکت سریع یون‌ها
یوری گوگوتسی، استاد برجسته مهندسی دانشگاه درکسل و از نویسندگان اصلی این تحقیق، بر اهمیت ساختارهای یک‌بعدی در برخی کاربردها تأکید می‌کند. او با مقایسه صفحات فولادی با لوله‌ها و میلگردها، توضیح می‌دهد که چگونه ساختار لوله‌ای در مقیاس نانو می‌تواند مزایای چشمگیری داشته باشد. نانوسکرول‌های MXene با ایجاد ساختاری توخالی و لوله‌ای شکل، مسیری با مقاومت کمتر برای حرکت یون‌ها در باتری‌ها یا غشاهای تصفیه آب فراهم می‌کنند.
در حالی که ساختار دوبعدی در بسیاری از کاربردها اهمیت دارد، در برخی موارد ساختار یک‌بعدی مزایای بیشتری دارد. مثل مقایسه صفحات فولادی با لوله‌ها یا میلگردها؛ برای ساخت بدنه خودرو نیاز به صفحات است، اما برای هدایت آب یا تقویت بتن، لوله‌ها و میله‌های طولانی لازم است.
تنگ ژانگ، پژوهشگر پسادکتری و همکار این مقاله، نیز اشاره می‌کند که در MXeneهای دوبعدی معمولی، فلاک‌ها روی هم قرار می‌گیرند و مسیر حرکت یون‌ها را محدود می‌کنند. اما با تبدیل این صفحات به نانوسکرول، این محدودیت برطرف شده و هندسه لوله‌ای، مسیرهای آزاد برای حرکت سریع یون‌ها ایجاد می‌کند.
MXene: جایگزینی فراتر از گرافن
با وجود مطالعات گسترده بر روی نانوساختارهای لوله‌ای گرافن، تولید نانوسکرول‌های مشابه از MXene همواره با چالش‌هایی همراه بوده است. این در حالی است که MXene قابلیت‌های شیمیایی گسترده‌تر، فرآیند تولید آسان‌تر و رسانایی بالاتری نسبت به گرافن دارد.
روش تولید نانوسکرول‌ها
روش جدید تولید نانوسکرول‌ها با فلاک‌های چندلایه MXene آغاز می‌شود. با کنترل دقیق محیط شیمیایی، سطح فلاک‌ها با آب تغییر داده می‌شود تا عدم تقارن ساختاری ایجاد شود. این عدم تقارن، تنش شبکه‌ای در لایه‌ها به وجود آورده و باعث می‌شود لایه‌ها از هم جدا شده و به شکل نانوسکرول‌های لوله‌ای پیچیده شوند.
- انواع MXene تولید شده: محققان موفق شدند نانوسکرول‌ها را از شش نوع MXene مختلف تولید کنند:
- دو نوع کاربید تیتانیوم
- نایوبیم کاربید
- وانادیم کاربید
- تانتالوم کاربید
- تیتانیوم کربونیترید
- مقیاس تولید: حدود ۱۰ گرم ماده با ساختار یکسان و ترکیب قابل تنظیم به دست آمد.
کاربردها در حسگرها و مواد مرکب پیشرفته
هندسه نانوسکرول‌ها، علاوه بر افزایش رسانایی و استحکام، مزایای عملکردی جدیدی را به ارمغان می‌آورد که به ویژه در حسگرها و مواد مرکب کاربردی است. گوگوتسی توضیح می‌دهد که در ساختار دوبعدی، سایت‌های فعال جذب مولکول‌ها اغلب پنهان هستند، اما ساختار توخالی نانوسکرول دسترسی آسانی به سطح MXene فراهم کرده و سیگنال قوی و پایداری را ایجاد می‌کند.
همچنین، نانوسکرول‌ها قابلیت تقویت پلیمرهای نرم در الکترونیک پوشیدنی را دارند، به طوری که رسانایی الکتریکی حتی در هنگام کشش و خم شدن نیز حفظ می‌شود.
جهت‌گیری با میدان الکتریکی برای منسوجات عملکردی
محققان دریافته‌اند که در محلول، جهت‌گیری نانوسکرول‌ها با میدان الکتریکی قابل کنترل است. این قابلیت امکان تولید پوشش‌های رسانای مستحکم روی الیاف نساجی عملکردی را فراهم می‌کند.
یکی از مهم‌ترین کشفیات، دستیابی به ابررسانایی در فیلم‌های انعطاف‌پذیر برای نخستین بار با استفاده از نانوسکرول‌های نایوبیم کاربید است. این پیشرفت می‌تواند مسیر توسعه حسگرها و اتصالات ابررسانا در دمای محیط و مواد کوانتومی قابل استفاده را هموار سازد.
محققان دانشگاه درکسل با ادامه بررسی خواص کوانتومی و رفتار قابل کنترل این نانوسکرول‌ها، امیدوارند کاربردهای عملی گسترده‌ای در زمینه‌های ذخیره انرژی، حسگرها و الکترونیک پیشرفته ایجاد کنند.
درباره هوش‌مصنوعی دست‌اول:
تمامی اخبار دست‌اول توسط دستیار هوش مصنوعی «هوشنگ» پردازش، صحت‌سنجی، خلاصه و بازنویسی شده است. هوشنگ هر روز با داده‌های جدید آموزش داده می‌شود و با نظارت دقیق انسانی و سردبیری دست‌اول در حال بهتر شدن است.
شما می‌توانید از چت‌بات و سایر ابزارهای هوشنگ به صورت رایگان استفاده کنید.
