Επιστήμονες δημιούργησαν νέο επαναστατικό υλικό δύο διαστάσεων

10


Το γραφένιο, που ανακαλύφθηκε το 2004, είχε ως αποτέλεσμα να αρχίσει μια κούρσα για τη σύνθεση υλικών δύο διαστάσεων- υλικών ενός στρώματος, με πάχος που κυμαίνεται μεταξύ ενός ατόμου και λίγων νανομέτρων. Τα υλικά αυτά έχουν μοναδικές ιδιότητες, οι οποίες έχουν να κάνουν με τις διαστάσεις τους, και παίζουν σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη και εξέλιξη της νανοτεχνολογίας και της νανομηχανικής.

Διεθνής ομάδα ερευνητών, περιλαμβανομένων Βραζιλιάνων επιστημόνων που συνεργάζονται με το University of Campinas, δημιούργησαν ένα νέο υλικό με τέτοια χαρακτηριστικά: Αναλυτικότερα, κατάφεραν να εξάγουν ένα δισδιάστατο υλικό, το οποίο αποκαλούν αιματίνη, από συνηθισμένο κατά τα άλλα σιδηρομετάλλευμα. Το υλικό αυτό έχει πάχος μόλις τριών ατόμων και θεωρείται ότι έχει βελτιωμένες φωτοκαταλυτικές ιδιότητες.

Η έρευνα παρουσιάστηκε στο Nature Nanotechnology. Όπως είπε ο Ντάγκλας Σοάρες Γκαλβάο, ένας από τους ερευνητές, το υλικό αυτό μπορεί να λειτουργεί ως φωτοκαταλύτης, διασπώντας νερό σε υδρογόνο και οξυγόνο- κάτι ιδιαίτερα ενδιαφέρον, δεδομένου του ότι από το υδρογόνο μπορεί να παράγεται ηλεκτρισμός, μεταξύ και πολλών άλλων πιθανών εφαρμογών.

Το νέο αυτό υλικό προέρχεται από τον αιματίτη, ένα από τα πιο κοινά ορυκτά στη Γη και βασική πηγή του σιδήρου. Αντίθετα με τον άνθρακα και τη δισδιάστατη μορφή του, το γραφένιο, ο αιματίτης είναι ένα υλικό μη van der Walls, κάτι που σημαίνει ότι συγκρατείται από τρισδιάστατα δίκτυα δεσμών αντί για μη χημικές και συγκριτικά πιο αδύναμες ατομικές αλληλεπιδράσεις van der Waals, που δεν περιλαμβάνουν τον διαμοιρασμό ενός ή περισσότερων ζευγών ηλεκτρονίων από τα άτομα που συμμετέχουν στους δεσμούς.

Δοκιμές και μαθηματικοί υπολογισμοί που έγιναν για να διαπιστωθούν οι μαγνητικές ιδιότητες του νέου υλικού έδειξαν ότι αυτές απέχουν από τις αντίστοιχες του αιματίτη. Επίσης, ως προς τις φωτοκαταλυτικές του ιδιότητες (τη δυνατότητα αύξησης της ταχύτητας μιας χημικής αντίδρασης όταν ενεργοποιείται από το φως) διαπιστώθηκε ότι η φωτοκατάλυση από την αιματίνη είναι πολύ πιο αποδοτική από την φωτοκατάλυση από αιματίτη. Για να μπορεί ένα υλικό να είναι αποτελεσματικός φωτοκαταλύτης, πρέπει να απορροφά το ορατό φάσμα του ηλιακού φωτός, να παράγει ηλεκτρικό φορτίο και να το μεταφέρει στην επιφάνεια του υλικού για να πραγματοποιείται η επιθυμητή αντίδραση.

Σύμφωνα με τους ερευνητές, η φωτοκατάλυση μέσω αιματίνης είναι πιο αποδοτική επειδή τα φωτόνια παράγουν τόσο θετικό όσο και αρνητικό φορτίο εντός ολίγων ατόμων από την επιφάνεια. Συνδυάζοντας το νέο υλικό με ειδικά δίκτυα νανοσωλήνων από διοξείδιο του τιτανίου, που παρέχουν μία εύκολη οδό για να φεύγουν τα ηλεκτρόνια από την αιματίνη, οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι είναι δυνατή η απορρόφηση περισσότερου ορατού φωτός. Αυτό ανοίγει τον δρόμο για χρήση του σε συσκευές νέας γενιάς, που χρησιμοποιούν σπιντρονική (ή μαγνητοηλεκτρονική) τεχνολογία, η οποία αποθηκεύει, προβάλλει και επεξεργάζεται πληροφορίες με βάση τις αλλαγές που επέρχονται στην περιστροφή ενός ηλεκτρονίου.



Source link