استفاده از لایه‏ های اتمی ساندویچ شکل برای ساخت مواد جدید جهت ذخیره انرژی

استفاده از لایهrlm; های اتمی ساندویچ شکل برای ساخت مواد جدید جهت ذخیره انرژی

/ مترجم: گروه بهین ترنس phys.org

تاکنون روشهای زیادی برای جلوگیری از اتلاف انرژی و ذخیرهrlm;سازی آن صورت گرفته است ولی در حال حاضر تعدادی از محققان شیمی تحقیقاتی را بر روی جدول تناوبی انجام دادند به گونهrlm;ای که آنها میrlm;توانند با استفاده از این روش لایهrlm; های عنصری مختلف را به یک ماده ثابت متصل کنند، این ماده دارای خواص قابل پیش بینی و یکنواخت میrlm;باشد. علاوه بر این آنها تحقیقات خود را توسعه دادند و ترکیبات جدیدی را آزمایش کردند که ممکن است به سرعت زمینه را برای ساخت وسایل الکترونیکی پیشرفته فراهم نمایند، این وسایل عمدتا دارای سرعت بالا، کوچکتر، پر بازده، قابلیت زیاد ذخیره انرژی و حاوی مواد مقاوم در برابر سایش هستند. با استفاده از تکنیک فوق ورقهrlm; های دو بعدی عناصر به شکل لایه لایه و ساندویچ شکل در میrlm;آیند و اگر در حالتی غیر از این باشد نمی rlm;توان آنها را به شکل ثابت ترکیب نمود. با ایجاد دو ماده دو بعدی لایهrlm; بندی شده جدید و استفاده از مولیبدن، تیتانیوم و کربن میrlm;توان اثربخشی روش فوق را افزایش داد. با ساندویچrlm;سازی یک یا دو لایه اتمی فلز گذار یا واسطه مانند تیتانیوم در بین لایهrlm;های تک اتمی فلز دیگر(برای مثال، مولیبدن) همراه با اتمrlm;های کربن که آنها را کنار یکدیگر نگه میrlm; دارد، ما توانستیم یک ماده ثابت را تولید نماییم. در شکل واقعی نمی rlm;توان یک ماده دو بعدی را تولید نمود که دارای فقط سه یا چهار لایه مولیبدن در ساختارهای فوق الذکر است اما ما چون لایه اضافی تیتانیوم را به عنوان یک ماده متصل کننده اضافه کردیم، توانستیم عمل ترکیب کردن آنها را به آسانی انجام دهیم. این کشف از اهمیت بالایی برخوردار است زیرا روش جدید ترکیب کردن مواد عنصری را در اختیار ما قرار میrlm;دهد که با استفاده از آنها میrlm;توان اجزاء سازنده تکنولوژی ذخیره انرژی مانند باتری، خازن، ابر خازنrlm;ها و کمپوزیتrlm;های ابر نیرومند شبیه آنهایی که در روکشrlm;های تلفن همراه و زرهrlm;ها به کار رفتهrlm;اند را ساخت. هر کدام از ترکیبات جدید لایهrlm;های ضخیم اتمی دارای خواص جدیدی هستند و محققان چندان مطمئن نیستندکه یک یا چند تا از این مواد جدید ذخیره انرژی ، دوام و مقاومت را نشان دهند، بنابراین این تکنولوژی شاید در آینده انقلابی را بوجود آورد. در حال حاضر به شکل دقیق نمی rlm;توان گفت که از

این خانواده جدید ماده دو بعدی چه چیزی میrlm;توان تولید نمود ولی با اطمینان میrlm;توان گفت که این کشف به توسعه علم مواد و نانو تکنولوژی کمک میrlm;نماید. ترکیب صفحات دو بعدی عناصر در یک روش سازمان یافته برای تولید مواد جدید به مدت بیش از یک دهه هدف محققان نانو مواد بوده است. قرار دادن لایه rlm;های سازمان یافته در یک سطح اتمی کار آسانی نیست. بواسطه داشتن ساختار و بار الکتریکی خاص، بعضی از عناصر تمایلی برای ترکیب شدن با یکدیگر نشان نم یrlm;دهند. برای غلبه بر این مشکل، محققان از مادهrlm;ای با نام فاز ماکس

استفاده کردند که شبیه خاک نخستین و باستانی است جایی که اولین ارگانیسمrlm;ها در آن بوجود (MAX)

میrlm;آیند. تمامی عناصر محصول پرداخت شده در فاز ماکس قرار دارند. در سال 2011 گروه نانو مواد درکسل برای اولین بار یک ماده لایهrlm;بندی شده و دو بعدی ثابتی را با نام

ساختند. آنها جهت ساخت این ماده جدید به شکل انتخابی لایهrlm;های اتم آلمینیوم را MXene

از فاز ماکس بوسیله حکاکی با اسید جدا نمودند. ایده سنتز ماده ام اِکسن و جداسازی لایه rlm;های چوب بوسیله غوطه ورسازی تختهrlm;های سه لایی به داخل یک ماده شیمیایی باعث شد که چسب حل شود اما با گذاشتن فاز ماکس در اسید محققان توانستند لایهrlm; های خاص را به شکل دلخواه حکاکی نمایند، در نتیجه زمینه برای تبدیل فاز ماکس به تعدادی صفحه دو بعدی نازک که ام اکسن نامیده می rlm;شوند، فراهم گردید. قبل از اینکه ماده جدید فوق کشف گردد، گرافن که یک صفحه سرشار از اتمrlm;های کربنی میrlm;باشد به عنوان اولین ماده دو بعدی در نظر گرفته شد که برای تواناییهای ذخیره انرژی پتانسیلی آن مورد استفاده قرار میrlm; گرفت اما چون فقط از یک عنصر یعنی کربن ساخته شده است نمی rlm;توان شکل آن را تغییر داد، در نتیجه از نظر ذخیره انرژی دچار محدودیت خواهد شد. چهار سال بعد محققان تحقیقاتی را بر روی جدول تناوبی انجام دادند که حاوی عناصری با نام فلزات گذار است، آنها تولیدکننده فازهای ماکس میrlm;باشند. این فازها در داخل ام اکسن ترکیبات مختلف که از نظر دارا بودن پتانسیل ذخیره انرژی آزمایش شدهrlm;اند، حک میrlm;گردند. در نهایت با استفاده از این روش میrlm;توان 25 ماده جدید تولید کرد که دارای ترکیبات فلز گذار مانند مولیبدن و تیتانیم هستند.

http://phys.org/news/2015-08-sandwich-atomic-layers-materials-energy.html