دسته بندی:اخبار

در تحقیقی که به تازگی در مجله Nature Chemistry منتشر شده است، محققین ساز و کار نوینی ایجاد کرده اند تا قطرات آب به طور کامل با لغزش و عبور (سرازیر شدن) از روی سطوح، جذب آنها نشوند (در واقع مدعی ساخت آب گریز ترین سطح تاریخ شده اند). کشفیات این تحقیق باور های فعلی جامعه علمی درباره اصطکاک میان آب و سطوح جامد را به چالش کشیده و شکل و نگاهی جدید از مطالعه نحوه لغزندگی قطرات مایع بر روی سطح را در مقیاس مولکولی به نمایش می گذارد. تکنیک تازه ای که در این تحقیق برای آب گریز نمودن سطوح بکار رفته در حیطه های گوناگونی از امور و صنایع مختلف کاربرد دارد. از کاربرد های آن می توان به استفاده از این نوع سطوح در لوله های صنعتی  (انتقال حرارت در جریان لوله ها و پیشگیری از نشتی در نقاط حساس)، صنایع نور و تصویر (جلوگیری از تار شدن لنز دوربین های تصویربرداری در شرایط بارندگی)، صنایع دریایی (آب گریز نمودن قطعات ویژه کشتی ها) و صنایع خودروسازی (کدر نشدن شیشه راننده خودرو به هنگام مِه و پیشگیری از یخ زدگی) اشاره کرد. در دنیای اطراف ما، آب همواره با سطوح جامد در حال تعامل است. وسایل آشپزی، سامانه های حمل و نقل، ابزار نور و تصویر و صد ها وسیله و فناوری دیگر تحت تاثیر چگونگی تعامل آب با سطوح جامدو چگونگی نفوذ آب به سطوح وسایل و ابزار مذکور شده، هستند درک فرایند حرکت (دینامیک) قطرات میکروسکوپی مایعات به دانشمندان و مهندسین کمک می کند تا روش هایی تازه برای بهبود عملکرد فناوری هایی که در صنعت و یا در خانه استفاده می شوند پیدا کنند. موضوع تازه ای که توسط پروفسور رابین راس از دانشگاه Aalto فنلاند در Nature Reviews Chemistry مورد بررسی قرار گرفته سطوح شبه مایع است. این سطوح نوع جدیدی از سطوح آب گریز (دفع کننده قطرات مایع) هستند که نسبت به سطوح آب گریزی که تاکنون مورد استفاده قرار می گرفته اند، مزایای کاربردی فراوانی به همراه دارند. در سطوح شبه مایع ، لایه های مولکولی نسبت به هم تحرک زیادی دارند اما در عین حال  توسط پیوند کووالانسی به خوبی به بستر خود متصل شده اند. این امر به سطوح جامد ویژگی شبه مایع می دهد تا لایه موردنظری که میان قطرات آب و سطح جامد قرار می گیرد همانند روان کننده عمل کرده و باعث عدم جذب آب و سرازیر شدن آن از سطح شود. تیمی تحقیقاتی به رهبری پروفسور رابین راس با استفاده از یک محفظه واکنش (به عنوان محل انجام واکنش) که به طور خاص برای این آزمایش طراحی شده موفق به ساخت لایه ای شبه مایع از مولکول ها بر روی سطحی سیلیکونی شدند سطح موردنظر را به شیوه جدید (افزودن لایه ای شبه مایع) آب گریز نمودند . در واقع، لایه  شبه مایع حاصل از این آزمایش از مجموعه ای از مولکول های تک لایه ایِ خود آرا (SAMs) تشکیل شده است. محقق دکتری و سرنویسنده تحقیق فعلی، ساکاری لِپیکو می گوید: تحقیق ما نخستین تحقیقی است که به صورت مستقیم سراغ ساخت سطوح ناهمگن مولکولی آن هم در سطح نانومتر رفته است. این تیم تحقیقاتی توانست با تنظیمِ دقیق شرایط دمایی و محتوای آب موجود در واکنش دهنده، به نحوی بسیار دقیق تعیین کند که چه مقدار از سطح سیلیکونی موردنظر تحت پوشش لایه شبه مایع قرار گیرد. پروفسور رابین راس می گوید: برای من هیجان انگیز است که ما توانستیم با بکارگیری روش اِلیپسومِتری در محفظه واکنش، شاهد رشد لایه شبه  مایع (یا همان مجموعه ای از مولکول های تک لایه خود آرا) با جزئیاتی فوق العاده باشیم. نتایج آزمایش نشان داد که لغزندگی آب و سرازیر شدن آن از سطح موردنظر زمانی بیشتر می شد که میزانی که لایه شبه  مایعی که سطح را پوشش می داد یا بسیار زیاد یا بسیار کم بود (که در هر دو صورت سطح مذکور در همگن ترین شرایط خود قرار داشت). این یعنی زمانی که پوشش شبه مایع بر روی سطح بسیار کم بود، سطح سیلیکونی عمده بستر تماس با آب را تشکیل می داد و زمانی که این پوشش بسیار زیاد بود، این مجموعه ای از مولکول های تک لایه خود آرا (لایه مایع-مانند) بود که قسمت عمده ای از بستر تماس را شکل می داد و در نتیجه در هر دو حالت شاهد لغزش آب و سرازیر شدن آن از سطح بودیم. آنچه که غیر منطقی بنظر می رسید و باعث تعجب ما شد آن بود که حتی قرارگیری پوشش بسیار کمی از لایه شبه مایع بر روی سطح موردنظر می تواند ویژگی آب گریزی قوی در سطح پدیدار کند. زمانی که پوشش بسیار کمی از لایه شبه مایع بر روی سطح قرار گیرد، لایه ای از آب بر روی سطح شکل می گیرد که پیش تر تصور می شد عامل افزایش اصطکاک میان آب و سطح و در نتیجه نفوذ آب به سطح باشد. اما ما دریافتیم که این اتفاق نه تنها باعث جذب آب از سوی سطح نمی شود، بلکه باعث می شود آب آزادانه در میان مولکول های تک لایه خود آرا جریان پیدا کند که این جریان باعث لغزش آب و سرازیر شدن آن از سطح می شود. و زمانی که پوشش بسیار زیادی از لایه شبه مایع  بر روی سطح قرار گیرد، آب بر روی لایه شبه مایع مانده، به راحتی لغزیده و با سرازیر شدن خود جذب سطح نمی شود. بنابراین تنها زمانی آب جذب سطح شده و در آن نفوذ می کند که پوشش قرار گرفته بر روی سطح (از جنس لایه شبه مایع) در وضعیت بسیار زیاد و یا بسیار کم نباشد. ثابت شده است که این روش نوین در آب گریز نمودن سطوح بسیار کارآمد خواهد بود چراکه این تیم تحقیقاتی موفق به ساخت آب گریز ترین سطح تماس با آب و مایعات در کل جهان شده اند. کشفیات این تحقیق نوید ارمغان کاربرد هایی مفید در هر نوع شرایطی که نیاز به سطوح دافع قطرات مایع وجود داشته باشد را می دهد. محققین مدعی شده اند که این کشف می تواند در صد ها نمونه از امور روزمره خانگی یا صنعتی بسیار کاربردی و مفید باشد. اموری مانند انتقال حرارت در طول لوله ها، جلوگیری از یخ زدگی و پیشگیری از مِه گرفتگی سطوح (مانند شیشه خودرو) از عمده کاربرد های بالقوه این روش از آب گریز نمودن سطوح به شمار می روند. این روش می تواند در شرایطی که نیاز به جا به جایی آرام و حساس قطرات مایع وجود دارد (میکروسیالات) نیز مفید واقع شده و یا منجر به تشکیل سطوح خود تمیزشونده شود (منظور از سطوح خود-تمیزشونده سطوحی است که ضمن آب گریزی می توانند با تشکیل قطرات کروی شکل آب بر روی خود (به هنگام تماس آب با سطح)، منجر به عبور آب از تمام سطح و در نتیجه حذف آلودگی به کمک آب شوند. ساز و کار تازه ای که ما ایجاد شده می تواند باعث افزایش حرکت و لغزش آب (و سرازیر شدن آن) از روی هر نوع سطحی که موردنیاز است شود. تنها مشکلی که در پوشش خاص لایه شبه مایع وجود دارد آن است که بسیار باریک و نازک می باشد. این امر می تواند این لایه را با یک برخورد فیزیکی به راحتی از هم بپاشاند. البته مطالعه و بررسی این تکنینک جدید در آب گریز نمودن سطوح به گروه تحقیقاتی درک و دانش علمی بنیادی می دهد که بتوانند با استفاده از آن در آینده لایه هایی مقاوم تر ساخته و کاربرد این روش در امور گوناگون را پایا تر کنند. این تحقیق به کمک منابع و زیر ساخت های ملی OtaNano و توسط گروه The Soft Matter and Wetting در دپارتمان فیزیک کاربردی که تاکنون مواد آب گریز نوین بسیاری تولید کرده انجام شده است. لازم به ذکر است که محققین دانشگاه Jyväskylä فنلاند نیز در این تحقیق علمی شرکت داشته اند. منبع : Science Daily

جایزه نوبل شیمی امسال به طور مشترک به پیشگامان فناوری نانو، مونگی باوندی، لوئیس بروس و الکسی اکیموف برای کشف و سنتز نقاط کوانتومی اعطا شد. با این حال، خبر پیروزی آنها حدود دو ساعت قبل از اعلام رسمی، در یک بیانیه مطبوعاتی که توسط آکادمی سلطنتی علوم سوئد به اشتباه برای یک روزنامه سوئدی ارسال شد، فاش شد. چرا نقاط کوانتومی برنده جایزه نوبل 2023 شده اند؟ جایزه نوبل شیمی امسال به سه دانشمند آمریکایی تعلق گرفت: مونگی باوندی در موسسه فناوری ماساچوست، لوئیس بروس در دانشگاه کلمبیا، و الکسی اکیموف دانشمند ارشد فناوری نانوبلورها که قبلاً درموسسه تحقیقات نور در ایالت واویلوف سن پترزبورگ روسیه کار کرده بود. این جایزه برای «کشف و سنتز نقاط کوانتومی» به آنها اعطا شد - اما نقاط کوانتومی چیست و چرا ارزش دریافت جایزه نوبل را دارند؟ نقاط کوانتومی ، کریستال های کوچکی از مواد نیمه رسانا هستند. آنقدر کوچک که فقط چند نانومتر عرض دارند و الکترون‌های موجود در ماده را تا حدی محدود و رفتار آنها را تغییر می‌دهند. این بدان معناست که پدیده‌های کوانتومی ویژگی‌های این بلورهای ریز را تعیین می‌کنند واز این رو نقاط کوانتومی نامیده می‌شوند. مقدار محدود شدن الکترون به اندازه ذره بستگی دارد، بنابراین تغییر اندازه ذره خواص آن را به روشی قابل پیش بینی تغییر می دهد. از این ویژگی می‌توان برای تنظیم شکاف نواری نیمه‌رسانا استفاده کرد تا نقطه‌ها هنگام روشن شدن توسط یک منبع تک طول موج، رنگ‌های مختلف نور ساطع کنند - نقاط کوچک‌تر نور آبی ساطع می‌کنند، در حالی که نقاط بزرگ‌تر در انتهای طیف مرئی نور قرمزساطع می‌کنند. نقاط ذوب آنها و توانایی آنها در انتقال الکترون نیز می تواند به این روش تغییر یابد. مانند سایر نیمه هادی ها، نقاط کوانتومی تمایل دارند از ترکیب فلزات واسطه و عناصر فلزی ساخته شوند. سلنید کادمیوم و تلورید کادمیوم از جمله موادی هستند که به طور معمول استفاده می شوند. نقاط کوانتومی در زمره نانوذرات هستند اما هر نانوذره ای یک نقطه کوانتومی نیست. فقط برخی از مواد (مانند نیمه هادی ها) چنانچه به اندازه های در مقیاس نانو تبدیل شوند ساختار الکترونی شان اثرات اندازه کوانتومی را نشان می دهند. نقاط کوانتومی جایزه نوبل 2023 برد چرا که از نقطه نظر کاملاً بنیادی، مواد مهمی اند که شکاف بین ماده در مقیاس اتمی و مولکولی و ماده حجیم را پر می کنند. و به لطف ویژگی‌های نوری و الکترونی بسیار قابل تنظیم، نقاط کوانتومی در مجموعه‌ای از فناوری‌ها کاربرد پیدا کرده‌اند. یکی از شناخته‌شده‌ترین کاربردهای آن‌ها در تولید صفحه‌های تلویزیون QLED است که در آن نقاط با اندازه‌های مختلف توسط نور آبی برانگیخته می‌شوند و سپس نورهای قرمز و سبز خالص ساطع می‌کنند تا خروجی از سه رنگ درپیکسل‌ها ی صفحه تلویزیون ارائه کنند. اما آنها همچنین در بیوتکنولوژی، کاتالیز، حسگرها، سلول های خورشیدی و موارد دیگر کاربرد دارند. به طور خاص، کمیته نوبل استفاده از نقاط کوانتومی را در دستگاه‌های پزشکی که برای نقشه‌برداری از بافت‌های بیولوژیکی مد نظر قرار داده است،زیرا فلورسانس این نقاط روشن‌تر و مانده گارتر از سایر فلورسنت ها مانند فلوروفورهای مولکولی است. این بدان معناست که آنها می توانند به عنوان مثال در هنگام برداشتن تومورها به جراحان کمک کنند. در سال 2021، فروش جهانی نقاط کوانتومی حدود 4 میلیارد دلار بود، رقمی که پیش بینی می شود تا سال 2026 دو برابر شود. از دیدگاه شیمی، نقاط کوانتومی برای انواع کاربردهای مختلف - از تبدیل گرما به الکتریسیته گرفته تا تولید جوهر چاپگر سه بعدی ساطع کننده نور، بررسی شده است. آنها همچنین فوتوکاتالیست‌های تحقیقاتی گسترده‌ای هستند که حتی در برخی موارد می‌توانند واکنش‌های تشکیل پیوند کربن-کربن را با کارایی بیشتری نسبت به کاتالیزورهای فلزات گرانبها کاتالیز کنند. محققان از دهه 1930 پیش‌بینی کرده بودند که اثرات کوانتومی وابسته به اندازه باید در ذراتی با اندازه چند نانومتر مشاهده شود. اما در آن زمان هیچ راهی برای تولید مواد در این مقیاس کوچک وجود نداشت. با پیشرفت در قرن بیستم، اولین مشاهدات اثراین ویژگی در لایه های نازک و روی سطح مواد حجیم انجام شد - سهم جایزه نوبل فیزیک که در سال 2000 به ژورس آلفروف و هربرت کرومر اهدا شد، کار آنها را بر روی این نوع نیمه هادی ها ناهم ساختارها به رسمیت شناخت. در اوایل دهه 1980، الکسی اکیموف برای اولین بار اثرات اندازه کوانتومی را  در حالی که در موسسه تحقیقات نور دولتی واویلوف در سن پترزبورگ کار می کرد در نانوذرات شناسایی کرد. او در حال انجام آزمایش هایی بر روی شیشه دوپ شده با کلرید مس بود. با تغییر دما و سرعت تشکیل شیشه، تیم اکیموف می‌توانست اندازه بلورهای کلرید مس را که درون ماتریکس شیشه تشکیل می‌شوند، کنترل کنند. در طی آزمایشات اشعه ایکس روی این مواد، او متوجه شد که طول موج خطوط جذب کلرید مس بسته به اندازه بلورها متفاوت است، که اکیموف آن را به اثرات اندازه کوانتومی نسبت داد. در همین حال، لوئیس بروس روی سیستم های کلوئیدی کار می کرد که در آن مواد نیمه رسانا در مایعات معلق بودند. در سال 1983، بروس اثرات اندازه کوانتومی را در آزمایش‌های خود با ذرات سولفید کادمیوم مشاهده کرد و خاطرنشان کرد که خواص نوری CdS کلوئیدی یک شبه تغییر کرده است زیرا کریستال‌ها حل شده و سپس به صورت بلورهایی تقریباً سه برابر بزرگ‌تر رسوب کرده‌اند. آنالیزهای طیف‌سنجی تفاوت‌هایی را بین رفتار جذبی دو مجموعه کریستال نشان داد که ناشی از تأثیرات اندازه کوانتومی است. در سال 1993، باوندی ابزاری را برای تولید بلورهای سلنید کادمیوم با کنترل تقریباً کامل بر اندازه آنها توسعه داد. این روش شامل تزریق پیش سازهای آلی فلزی به یک حلال داغ بود. این تکنیک «تزریق داغ» کنترل نقطه هسته‌زایی کریستال را امکان پذیر کرد، چرا که محلول به سرعت به نقطه فوق اشباع می‌رسید و نقاط کوانتومی با اندازه تقریبا یکنواخت تولید می کرد. این کشف راه را برای استفاده از نقاط کوانتومی در کاربردهای دنیای واقعی باز کرد.

بیست نهمین سمینار شیمی آلی در تاریخ 10 تا 12 آبان ماه 1402 در دانشگاه قم برگزار خواهد شد. برای دریافت اطلاعات بیشتر به تارنمای همایش در لینک زیر مراجعه فرمایید .  https://occ2023.qom.ac.ir/Home/Index

ترکیبات MXene و MBene  از نازک ترین مواد شناخته شده اند و ممکن است راه حل هایی را برای مهار اثرات گرمایش جهانی فراهم کنند. این مواد تنها چند اتم ضخامت دارند که آنها را دو بعدی می کند. طبق مطالعه ای مروری، این مواد به دلیل مساحت سطح بزرگشان، پتانسیل جذب مولکول های دی اکسید کربن را از جو دارند که می تواند به کاهش اثرات مضر تغییرات آب و هوایی با جداسازی ایمن دی اکسید کربن کمک کند. در مقاله ای که در 4 اکتبر در مجله Chem منتشر شد، پروفسور UC Riverside Mihri Ozkan و همکارانش پتانسیل MXenes و MBenes را در فناوری های جذب کربن توضیح دادند در این بررسی، یک تحلیل جامع و استراتژی‌های پیشنهادی برای اجرای گسترده این مواد در کاربردهای مهم انجام شده است.خواص منحصر به فرد آنها آنها را به نامزدهای عالی برای جذب دی اکسید کربن تبدیل می کند."به گفته نویسنگان مقاله، این مواد دو بعدی را می توان برای جذب انتخابی کربن دی اکسید مهندسی کرد. یکی از مزایای کلیدی آنها گزینش پذیری بالای آنها نسبت به دی اکسید کربن است که می توان آن را به فرآیندی به نام مهندسی فاصله بین لایه ای نسبت داد. علاوه بر این، مواد از نظر مکانیکی پایدار هستند و یکپارچگی ساختاری خود را حتی پس از چرخه های متعدد جذب و رهاسازی کربن حفظ می کنند. از آنجایی که انتشار دی اکسید کربن ناشی از فعالیت های انسانی همچنان در حال افزایش است، توسعه فناوری های جذب کربن به اولویت اصلی تبدیل شده است. پیش‌بینی می‌شود که دمای سیاره در دهه آینده 1.5 درجه سانتی‌گراد بالاتر از سطح قبل از صنعتی شدن باشد که منجر به رخدادهای شدید آب و هوایی مکرر، تشدید خشکسالی، افت تولید محصولات کشاورزی، افزایش سطح مهاجرت انسان‌ها و بی‌ثباتی سیاسی شود. این تأثیرات منفی نیاز فوری به اقدام برای مهار انتشار کربن و کاهش اثرات تغییر آب و هوا را برجسته می کند. دانشمندان دانشگاه درکسل Drexel در فیلادلفیا، ترکیبات MXenes و MBenes را در اوایل دهه 2010 کشف کردند. MXenes ترکیبی معدنی است که از لایه‌های نازک اتمی کاربیدها، نیتریدها یا کاربنیتریدهای فلزات واسطه تشکیل شده است. از سوی دیگر، MBenes بوریدهای فلزی واسطه ای هستند که از بور ساخته شده اند. این ترکیبات از طریق تکنیک‌های زدایش لایه شیمیایی تولید می‌شوند و دارای شبکه‌های کریستالی با ساختارهای متقاطع و شش ضلعی هستند. این مواد را می توان همراه با فناوری های موجود، مانند فناوری های توسعه یافته توسط شرکت سوئیسی Climework AS، استفاده کرد. این سیستم ها دی اکسید کربن را مستقیماً از اتمسفر استخراج می کنند و آن را برای ذخیره سازی ایمن و طولانی مدت جدا می کنند.قبل از استفاده از این ترکیبات در دستگاه های جذب کربن، چندین مشکل فنی باید حل شود. اول و مهمتر از همه، دانشمندان باید به تنگناهای مرتبط با چالش های مربوط به سنتز در تولید در حجم صنعتی بپردازند. از دیگر موانع تولید در مقیاس بزرگ می توان به اختلاط غیریکنواخت، گرادیان دما و مشکلات انتقال حرارت و غیره اشاره کرد. با این حال، می توان بر این موانع غلبه کرد.  معرفی مختصر  MXenes و MBenes MXenes ، کاربیدهای فلزات واسطه ، کاربنیتریدها و نیتریدها هستند و خانواده مهمی از مواد دو بعدی را تشکیل می دهند. آنها یک ساختار بسته شش ضلعی نزدیک به هم با فرمول شیمیایی Mn + 1Xn (M = عنصر فلز واسطه؛ X = C، N؛ n = 1-3) دارند (شکل a). MXenes معمولاً با زدایش لایه ای عناصر A ازPhase  MAX بامواد شیمیایی همچون اسید هیدروفلوئوریک، آمونیوم هیدروژن بی فلوراید یا محلول اسیدی نمک های فلوراید سنتز می شوند. بنابراین سطوح آنها به ناچار به اتم های O، OH ویا F خاتمه می یابند. تاکنون انواع متعددی از MXenes در آزمایشگاه ساخته شده اند به عنوان مثال Ti2C، V2C، Mo2C، Ti3C2، و Nb4C3، ضمنا MXene با بیش از یک عنصر M نیز در محلول های جامد یا فازهای طراحی شده وجود دارند. با توجه به مساحت سطح بزرگ، ماهیت آبدوست، هدایت الکتریکی برتر، و پایداری ساختاری و شیمیایی برجسته، MXenes برای کاربردهامختلف در حوزه انرژی، از جمله ابرخازن‌ها  باتری‌های لیتیوم یون ، شکافت آب برای تولید هیدروژن، و سایر فرآیندهای کاتالیزوری بکار می رود. MBenes  نیز که از بوریدهای فلز واسطه سه تایی که به MAB Phase  مشهورند نشات گرفته و همانند MXenes اهمیت یافته اند. محاسبات تئوری تابعی چگالی (DFT) تعدادی MBenes پایدار مانند Mo2B2، Fe2B، MnB، Nb5B2 و Ta3B4 را پیش‌بینی کرده است که ساختارهای متنوعی از جمله فازهای شش ضلعی، متعامد و چهارضلعی با نسبت‌های استوکیومتری متفاوت اتم‌های فلز و بور دارند. ( شکل b). بلافاصله پس از پیش‌بینی‌های نظری، MBenes‌های TiB، MoB و CrB با حذف لایه میانی In یا Al از جامدات مادر Ti2InB2، MoAlB و Cr2AlB2 به‌ترتیب با موفقیت در آزمایشگاه ساخته شدند . برخلاف MXenes، هیچ مدرکی مبنی بر وجود گروه های عاملی در سطوح مصنوعی MBene وجود ندارد. همچنین کاربردهای بالقوه ای برای MBenes مانند فرومغناطیس با دمای کوری بالا ، الکترود برای باتری های یون لیتیوم و الکتروکاتالیست های واکنش تکامل هیدروژن (HER) و تثبیت نیتروژن ارائه شده است. منبع : Science Daily وIop Science