Καλώδια, σωλήνες και βούρτσες επιτρέψει να χτίσει και να διατηρήσει τα μηχανήματα και τις συσκευές που χρησιμοποιούμε σε καθημερινή βάση. Τώρα, με τη βοήθεια από μια εκπληκτική πηγή, αυτές οι ίδιες δομικές μονάδες μπορεί εύκολα να δημιουργηθεί σε μια έκταση 10.000 φορές μικρότερο από το χρονικό διάστημα στο τέλος αυτής της πρότασης. Οι ερευνητές στο Argonne έχουν υπολογίσει τα βασικά στοιχεία της χρήσης ηλεκτροχημείας για τον έλεγχο της αρχιτεκτονικής των νανοσωματιδίων - μικρές δομές με διαστάσεις σε δισεκατομμυριοστά του μέτρα. Τα ευρήματά τους, που δημοσιεύεται στο 3 Μαρτίου έκδοση του περιοδικού της Αμερικανικής Χημικής Εταιρείας, παρέχουν μια πρακτική μέθοδο παραγωγής μεγάλων ποσοτήτων αρχιτεκτονικής που ελέγχονται νανοσωματιδίων, όπως υπεραγωγούς, σιδηρομαγνήτες και ευγενή μέταλλα. «Οι αρχιτεκτονικές των νανοκρυστάλλων ελέγχεται κυρίως από την εφαρμογή τάσεων», δήλωσε ο επικεφαλής επιστήμονας Zhili Xiao Επιστήμης Υλικών Argonne του τμήματος Φυσικής και της Βορείου Ιλινόις Πανεπιστημίου του Τμήματος. "Αυτό μας δίνει πολύ μεγαλύτερο έλεγχο πάνω στις συνθήκες ανάπτυξης των νανοκρυστάλλων. Ήμασταν σε θέση να δημιουργήσει μια μεγάλη ποικιλία δομών με μεγαλύτερη ευκολία και προβλεψιμότητα σε σχέση με πιο παραδοσιακές μεθόδους." Οι παραδοσιακές μέθοδοι κατασκευάζοντας νανοκρυστάλλων αφορούν γρήγορα έγχυση χημικών ουσιών σε ένα θερμαινόμενο λύση σε υψηλές θερμοκρασίες. Το μειονέκτημα σε αυτή την προσέγγιση, ωστόσο, είναι η δυσκολία ελέγχου της συγκέντρωσης λύση, η οποία αλλάζει καθώς προχωρά η αντίδραση. Αυτή η αλλαγή στη συγκέντρωση οδηγεί σε αλλαγές του ηλεκτροχημικού δυναμικού - το μέτρο της ικανότητας μιας ένωσης να αντιδρά σε λύση. Δεδομένου ότι ένα σταθερό ηλεκτροχημικού δυναμικού είναι ζωτικής σημασίας για τη διαμόρφωση καλλίγραμμα νανοκρυστάλλους, οι επιστήμονες χρησιμοποιούν τη μέθοδο αυτή συχνά οι ίδιοι που αγωνίζονται για τον έλεγχο των συγκεντρώσεων λύση και με το χρόνο την κατάλληλη στιγμή για να σταματήσει η αντίδραση. Αντίθετα, Xiao και οι συνεργάτες του διαπίστωσαν ότι μπορούσαν να ελέγχουν εύκολα την ηλεκτροχημικού δυναμικού, χρησιμοποιώντας ηλεκτρική τάση. Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν μια τεχνική που ονομάζεται ηλεκτροαπόθεση, η οποία χρησιμοποιεί ηλεκτρική ενέργεια που διέρχεται από ένα ηλεκτρόδιο για τη μείωση των ιόντων από την λύση σε μια δεδομένη επιφάνεια. Με την αλλαγή της τάσης που εφαρμόζεται αξία και το είδος των χημικών ουσιών στο διάλυμα, οι ερευνητές Argonne ήταν σε θέση να συνθέσουν μεγάλες ποσότητες σχεδόν 30 διαφορετικές νανοδομές, συμπεριλαμβανομένων νανοσωματίδια διαφόρων σχημάτων, νανοσύρματα, nanobrushes και νανοκλίμακα τρίποδα. «Διαπιστώσαμε, για παράδειγμα, που διαμόρφωσαν τα νανοσωματίδια έχουν την τάση να σχηματίσουν σε χαμηλότερες τάσεις, ενώ υψηλότερες τάσεις τείνουν να παράγουν δομές, όπως νανοσύρματα και nanobrushes," εξήγησε ο Xiao. Με μεγάλες ποσότητες αυτών των νανοσωματιδίων στο χέρι, οι επιστήμονες διερευνούν μοναδικές φυσικές και χημικές ιδιότητες τους. Οι δομές αυτές μπορεί να οδηγήσει σε ανακαλύψεις νέων φαινομένων και των εφαρμογών, όπως η χρήση των σιδηρομαγνητικών νανοσωματιδίων ως συστατικά σε εξαιρετικά υψηλής πυκνότητας μέσα αποθήκευσης και της χρήσης ορισμένων νανοσωματιδίων μετάλλου ως καταλύτες για την παραγωγή υδρογόνου και αίσθησης. "Όταν αλλάξει το σχήμα ενός νανοκρυστάλλων, είστε ρύθμιση βασικά νέα όρια για το χώρο στον οποίο τα ηλεκτρόνια του μπορεί να κινηθεί», δήλωσε ο Wai-Kwong Kwok, αρχηγός της ομάδας Υπεραγωγιμότητα και μαγνητισμός στο τμήμα Επιστήμης Υλικών. "Αυτό, με τη σειρά της, επηρεάζει τις φυσικές του ιδιότητες, γεγονός που εξηγεί γιατί ένα τρίγωνο και μια σφαίρα από μόλυβδο μπορεί να έχει εντελώς διαφορετικές ιδιότητες υπεραγώγιμων." |