Newswise – در تلاش برای کشف جدید مواد دو بعدیتیمی از دانشمندان در آزمایشگاه ملی ایمز ساختار اکسید بور را تعیین کردند. این ترکیب برای اولین بار در سال 1940 کشف شد و در طول سال ها مورد توجه تحقیقات قرار گرفته است. با این حال، دانشمندان به دلیل محدودیت های تکنولوژیکی آن زمان نتوانستند ساختار ماده را تعیین کنند. با استفاده از یک جدید روش های ام آر آی و ابزارهای تحلیلی که قبلاً در دسترس نبودند، تیم آزمایشگاه ایمز سرانجام ساختار این ماده ساده فریبنده را حل کرد.
فردریک پرا، دانشمند آزمایشگاه ایمز و عضو تیم تحقیقاتی، گفت: «در ابتدا، ما نمی‌خواستیم این ماده خاص را مطالعه کنیم. ما در واقع سعی می‌کردیم یک چارچوب آلی کووالانسی بدون کربن بسازیم.» یک چارچوب آلی کووالانسی یک ماده متخلخل و کم چگالی با ساختار کریستالی مرتب شده است. متشکل از مولکول های آلی است که توسط پیوندهای کووالانسی به یکدیگر متصل شده اند.
Wenyu Huang، یکی دیگر از دانشمندان آزمایشگاه ایمز و عضو تیم، گفت: «با این حال، پس از تلاش‌های فراوان برای سنتز، ما نتوانستیم یک ماده چارچوب آلی کووالانسی بسیار کریستالی به دست آوریم. گروه های Perras و Huang به این مواد برای کاربردهای انرژی جایگزین علاقه مند هستند.
تیم در نهایت ماده ای بر پایه کاج ساخت که پراس گفت توصیف آن دشوار است. آنها از طریق تحقیقات خود به ادبیاتی دست یافتند که مربوط به سال 1940 بود که حاوی توضیحاتی از واکنش دقیقی بود که تیم روی آن کار می کرد و سنتز ماده ای به نام اکسید بور. متأسفانه دانشمندان قبلی نتوانسته اند ساختار این ماده را تعیین کنند.
خوشبختانه فناوری تحقیق مواد از دهه 1940 پیشرفت کرده است. پرا “به دلیل تخصص ما در طیف‌سنجی تشدید مغناطیسی هسته‌ای و توسعه روش‌های جدیدی که مردم دهه‌های 40، 50 و 60 به آن دسترسی نداشتند، فکر کردیم که ممکن است بتوانیم به این معمای قدیمی پایان دهیم.” گفت.
پراس توضیح داد که اکسید بور با استفاده از یک مولکول پیش ساز تولید می شود که به عنوان بلوک های سازنده عمل می کند. این مولکول ها از طریق واکنش های کم آبی به هم می چسبند. کلید دست کم گرفتن ساختار این است که بفهمیم بلوک ها چگونه از نظر فیزیکی چیده شده اند. “بنابراین ما برخی از روش های NMR را توسعه دادیم که به ما امکان می دهد جهت گیری این بلوک های ساختمانی را نسبت به یکدیگر مطالعه کنیم. اساسا، ما متوجه شدیم که مولکول های پیش ساز مجاور به موازات یکدیگر سازماندهی می شوند که با یکی از مدل های پیشنهادی قبلی مطابقت دارد.
پرا گفت: «ما همچنین بسیاری از تکنیک‌های دیگر از جمله پراش پودر پرتو ایکس را به کار بردیم که نشان داد این نانوصفحات در چیزی که آرایش توربواستراتیک نامیده می‌شود سازماندهی می‌شوند. او توضیح داد که این نانوصفحات انباشته شده مانند یک کاغذ پرتاب شده روی میز هستند. هنگامی که فرود آمدند، کاملاً در یک راستا قرار نمی گیرند، اما در یک توده باقی می مانند.
به گفته پراس، اخیراً علاقه زیادی به سنتز مواد دوبعدی جدید مبتنی بر بور وجود داشته است. درک ساختار این ممکن است منجر به سنتز سایر مواد مفید دو بعدی مبتنی بر بور شود. «آنچه واقعاً مرا نگران می‌کند این واقعیت است که این یک مشکل قدیمی است. این چنین مواد اولیه است. وقتی فرمول شیمیایی را می نویسید، BO است. بنابراین از این منظر، جالب است که ما در نهایت ساختار آن را کشف کردیم.»
این تحقیق بیشتر در مقاله مورد بحث قرار گرفته است، “ساختار اکسید بورنوشته شده توسط فردریک A. Pera، Henry Thomas، Patrick Heinz، Ranjan Behera، Jiaqi Yu، Gayatri Viswanathan، Dapeng Jing، Scott A. Southern، Cyril Kovnir، Levi Stanley و Wenyu Huang و منتشر شده در مجله انجمن شیمی آمریکا.
آزمایشگاه ملی ایمز است وزارت انرژی آمریکا دفتر علوم یک آزمایشگاه ملی که توسط دانشگاه ایالتی آیووا اداره می شود. آزمایشگاه ایمز مواد، فناوری ها و راه حل های انرژی نوآورانه ایجاد می کند. ما از تخصص، توانایی های منحصر به فرد و همکاری بین رشته ای خود برای حل مشکلات جهانی استفاده می کنیم.
آزمایشگاه ایمز توسط دفتر علوم وزارت انرژی ایالات متحده پشتیبانی می شود. دفتر علوم بزرگترین حامی تحقیقات پایه در علوم فیزیکی در ایالات متحده است و برای رسیدگی به برخی از مهم ترین چالش های زمان ما کار می کند. برای اطلاعات بیشتر لطفا مراجعه کنید به https://energy.gov/science.
