تحفر الجسيمات النانوية أصغر الأنفاق في العالم

تنتج ذرات النيكل أنابيب صغيرة من الجرافيت - كما لو كانت بحد ذاتها

يتكون الجرافيت من طبقات من ذرات الكربون. من حافة هذه الطبقات ، يحفر جسيم معدني في عينة الجرافيت. © KIT / CFN
قراءة بصوت عال

أنشأ الباحثون أصغر الأنفاق في العالم - وكان بالكاد يضطرون إلى فعل أي شيء حيال ذلك. ساعدتهم ذرات النيكل في حفر أنابيب صغيرة فقط بعرض بضعة نانومتر في طبقة من الجرافيت ، من تلقاء نفسها تقريبًا ، ويمكن لهذه الأنفاق المجمعة ذاتيا أن تساعد في هيكلة الأجزاء الداخلية للمواد في المستقبل. على سبيل المثال ، يمكن أن يكون الجرافيت nanoporous مصممًا خصيصًا للتطبيقات في الطب وتكنولوجيا البطارية ، وفقًا لما ذكره الباحثون في مجلة Nature Communications.

قام الباحثون في معهد كارلسروه للتكنولوجيا (KIT) وجامعة رايس في الولايات المتحدة بتطبيق أول جسيمات متناهية الصغر من النيكل على الجرافيت لتصنيع النفق. ثم يتم تسخينها في وجود غاز الهيدروجين. في ظل هذه الظروف ، يعمل سطح الجزيئات المعدنية ، التي لا يتجاوز حجمها بضعة نانومترات ، كعامل حفاز: إذابة ذرات الكربون من شبكة الجرافيت وتسمح لها بالتفاعل مع الهيدروجين لتكوين غاز الميثان الغازي. يتم سحب جزيء النيكل بواسطة قوى الشعيرات الدموية في الفتحة الناتجة في الجرافيت ويتم حفره تدريجياً أكثر فأكثر عبر المادة.

آثار خائنة على السطح

كما لو أنه في حد ذاته ، تم إنشاء أنفاق يتراوح حجمها بين متر واحد و 50 نانومترًا - أي ما يعادل ألف واحد فقط من قطر الشعر. لاحظ الباحثون تشكيل النفق باستخدام مسح الإلكترون ومسح المجاهر النفقية. "في الواقع ، لا تغطي المجاهر سوى الطبقات العليا من العينة" ، كما يوضح المؤلفان الرئيسيان للدراسة ، مايا لوكاس وفيليمير ميدد من معهد النانوتكنولوجي في KIT. "ومع ذلك ، فإن الأنفاق الأساسية تترك هياكل ذرية على السطح. باستخدام صور النفق النقطية التفصيلية والمحاكاة الحاسوبية ، تمكنا من تخصيصها بشكل لا لبس فيه للقنوات النانوية وبالتالي تحديد مسارها.

من البطارية إلى مستودع المخدرات

ستكون طلبات الحصول على مثل هذه الأنابيب النانوية كثيرة ، كما أوضح الباحثون. على سبيل المثال ، يتم استخدام الجرافيت المسامي في أقطاب بطاريات ليثيوم أيون. يمكن لحجم المسام الصحيح للمادة ، المصمم بواسطة تقنية النانو ، تقليل وقت التحميل في المستقبل. في الطب ، يمكن أن يكون الجرافيت المسامي بمثابة حاملة للأدوية المستهدفة ليتم تسليمها على مدى فترة زمنية أطول. إذا تم ، بدلاً من الجرافيت ، استخدام مواد ليست موصلة ولكن لها بنية ذرية مماثلة ، مثل نيتريد البورون ، فسيكون من الممكن أيضًا استخدام الأنفاق كإطار أساسي للمكونات الإلكترونية النانوية ، مثل المستشعرات الجديدة أو الخلايا الشمسية. (Nature Communications، 2013؛ doi: 10.1038 / ncomms2399)

(كارلسروه معهد التكنولوجيا (KIT) / الاتصالات الطبيعة ، 24.01.2013 - NPO) العرض