ساخت دانه برف از جنس فلز با فناوری نانو

محققانی که در زمینه سطح اتم‌ها کار می‌کنند با دستکاری فلزات فرصت‌هایی را برای تولید مواد جدید ایجاد می‌کنند.

دانشمندان نیوزیلند و استرالیا که در زمینه سطح اتم‌ها کار می‌کردند برف‌های کوچک فلزی ایجاد کردند، چرا این کار قابل توجه است؟ زیرا اتصال اتم‌های منفرد به هم برای ایجاد انقلابی در مهندسی و فناوری از طریق نانومواد ضروری است.

ساختارهای نانویی می‌تواند به تولید قطعات الکترونیکی کمک کند، مواد را قوی‌تر و در عین حال سبک‌تر کند یا با اتصال به سموم به پاکسازی محیط زیست کمک کند.

برای ایجاد نانوبلورهای فلزی، دانشمندان نیوزیلند و استرالیا آزمایش‌هایی را با گالیم انجام دادند. گالیم فلزی نرم و نقره‌ای است که در نیمه هادی‌ها استفاده می‌شود و دارای خاصیت غیرمعمول مایع‌شدن در کمی بالاتر از دمای اتاق است.

دکتر نیکولا گاستون و همکار پژوهشی وی دکتر استف لامبی از دانشگاه اوکلند، دکتر کریستا استینبرگن از دانشگاه ویکتوریا ولینگتون با همکارانی به سرپرستی دکتر کوروش کلانترزاده از دانشگاه نیو ساوث‌ولز در این پروژه با هم همکاری کردند.

تیم استرالیایی این پروژه، با نیکل، مس، روی، قلع، پلاتین، بیسموت، نقره و آلومینیوم در آزمایشگاه کار کرد. این فلزات در گالیم در دماهای بالا حل شدند پس از خنک شدن، کریستال‌های فلزی در حالی که گالیم مایع باقی می‌ماند، ظهور کردند.

تیم نیوزیلندی هم شبیه سازی‌های دینامیک مولکولی را انجام داد تا توضیح دهد که چرا بلورهایی با شکل متفاوت از فلزات مختلف پدیدار می‌شوند.

گاستون درمورد این دستاورد گفت: آنچه ما می‌آموزیم این است که ساختار گالیم مایع بسیار مهم است. این نتایج جدید است زیرا ما معمولاً مایعات را فاقد ساختار یا حاوی ساختار تصادفی می‌دانیم.

دانشمندان نشان دادند که تعامل بین ساختارهای اتمی فلزات مختلف و گالیم مایع باعث ایجاد بلورهایی با شکل متفاوت می‌شود. کریستال‌ها شامل مکعب‌ها، میله‌ها، صفحات ۶ ضلعی و شکل‌هایی شبیه به برف بودند. تقارن ۶ شاخه‌ای فلز روی که در آن هر اتم توسط ۶ همسایه احاطه شده است، طراحی شبیه به برف را ایجاد کرده بود.

گاستون تصریح کرد: بر خلاف رویکردهای از بالا به پایین برای تشکیل نانوساختار، این رویکرد از پایین به بالا به اتم‌های خود مونتاژ شونده متکی است. این‌ روش نشان می‌دهد که طبیعت چگونه نانوذرات را ایجاد می‌کند و از روش‌های بالا به پایین بسیار دقیق‌تر است.

وی یادآور شد: این تحقیق مسیری جدید و ناشناخته برای نانوساختارهای فلزی را باز کرده است.

۵۸۵۸