مکسن های با آنتروپی بالا که به تازگی کشف شده اند، کاربردهای پیشرفته ای دارند
پژوهشگران موسسه توسعه نانوسیستمهای یکپارچه IUPUI و گروه مهندسی مکانیک و انرژی در دانشکده مهندسی و فناوری، نانوذرات جدیدی را کشف کرده اند که دارای کاربردهای پیشرفته از جمله ذخیره انرژی و سفر به فضا هستند. آنها به عنوان نانوذرات با آنتروپی بالا شناخته میشوند و به خانواده ای از نانومواد دوبعدی معروف به مکسنها، نانوذرات سرامیکی با عملکرد بسیار عالی و نازک با اندازه جانبی بزرگتر، مانند یک ورق کاغذ، پیوستند. این یافته که در مطالعه منتشر شده در ACS Nano (مکسن کاربیدی دوبعدی آنتروپی بالا: TiVNbMoC۳ و TiVCrMoC۳) برجسته شده است، نشان دهنده ی گسترش دیگری از مکسنها از زمان کشف اولیه آنها در سال ۲۰۱۱ است و خانواده مکسنهای موجود را بسیار گسترش میدهد.
Babak Anasori استادیار مهندسی مکانیک و انرژی و پژوهشگر اصلی مطالعه گفت: "این نانوذرات تازه کشف شده با آنتروپی بالا به ایجاد یک جعبه ابزار برای طراحی بیشتر مکسنها و تنظیم ویژگیهای آنها کمک خواهد کرد. مکسنها در حال حاضر، از مستحکمترین مواد دوبعدی هستند که تاکنون کشف شده است. ما انتظار داریم که این نانوذرات با آنتروپی بالا، استحکام مکسن را بیشتر افزایش دهند، که در حال حاضر در بسیاری از کاربردهای فناوری پیشرفته از نانومواد دیگر پیشی گرفته است."
پژوهشگران برای تولید نانوذرات با آنتروپی بالا، سیستمی را طراحی کردند که از فلزات انتقالی اولیه – آنهایی که در گروه های سه تا شش جدول تناوبی هستند - استفاده میکند تا ترکیبات کاربید پیشساز و آنتروپی بالا ، به نام فازهای مکس را ایجاد کند. سپس پیش ماده در اسید قرار گرفت تا لایه های آلومینیوم به طور انتخابی حل شود و پژوهشگران از روش های مختلفی از جمله پراش اشعه ایکس، طیف سنجی فوتوالکترون و میکروسکوپ الکترونی استفاده کردند تا تأیید کنند که این چهار عنصر در داخل مواد دوبعدی باقی مانده اند؛ بنابراین کاربید دوبعدی آنتروپی بالای چهار عنصری برای اولین بار ساخته شد.
Subramanian Sankaranarayanan نویسنده همکار و رهبر گروه تئوری و مدلسازی در آزمایشگاه ملی Argonne و دانشیار دانشگاه Illinois شیکاگو، گفت: "ما از ابررایانه های پیشرفته برای درک اینکه چرا میتوان چنین ساختارهای جدیدی را ایجاد کرد استفاده کردیم. تعداد احتمالات در این نانوذرات مکسن به قدری زیاد است که تنها ابررایانه ها میتوانند محاسبات مورد نیاز را انجام داده و خصوصیات شیمیایی، الکتریکی و مغناطیسی آنها را پیش بینی کنند."
مکسنهای آنتروپی بالا ممکن است کاربردهای مختلفی داشته باشد، از جمله کاربردهای شخصی، تجاری و احتمالاً دفاع ملی. Anasori گفت: با توجه به خصوصیات دمایی بسیار بالا، این نانوذرات جدید ممکن است در آینده به عنوان بلوک های ساختمانی برای مواد مورد استفاده در اکتشافات فضایی یا پروازهای مافوق صوت مورد استفاده قرار گیرند که توانایی مقاومت در برابر دمای بسیار بالا را دارند. و به دلیل ویژگی های منحصر به فرد الکتریکی و شیمیایی، از این نانوذرات میتوان برای تولید مواد استفاده شده در محاسبات کوانتومی یا ایجاد باتری ها و مواد ذخیره انرژی بهتر استفاده کرد.
Kartik Nemani، دانشجوی دکتری دانشکده مهندسی و فناوری IUPUI و نخستین نویسنده این مطالعه گفت: "اینها سرزمینی ثبت نشده است که هیچ کس هیچ چیز راجع به این زیر خانواده نانومواد نمیدانست. ایده دانستن اینکه شما چیزی را میدانید که هیچ کس دیگری روی این کره خاکی از آن اطلاع ندارد و اینکه از همان ابتدا بخشی از چنین پژوهشهای بنیادی باشید، یکی از بهترین احساساتی است که یک پژوهشگر میتواند داشته باشد. و اکنون با این گسترش خانواده مکسن، امکان چگونگی استفاده از آنها در آینده افزایش یافته است. "
Anasori قبلاً در دانشگاه Drexel، زادگاه مکسنهای دوبعدی بود. وی همچنین در کشف یکی دیگر از زیر خانواده های مکسنها به نام مکسنهای فلز انتقالی دوتایی که شامل دو عنصر مختلف در لایه های اتمی به شکل ساندویچ است، در سال ۲۰۱۵ نقش مهمی داشت.
گردآورندگان: دکتر آدرینه ملک خاچاطوریان- مهندس ریحانه گودرزی
منبع: https://nano-magazine.com/news/۲۰۲۱/۷/۲۰/newly-discovered-high-entropy-mxenes-have-high-tech-applications
|