ГЯЛАЛЗСАН, СОРОНЗОН ШИНЖ
ЧАНАР БҮХИЙ НҮҮРСТӨРӨГЧИЙН ШИНЭ ХЭЛБЭР - ДАРААЧИЙН ГРАФЕН УУ?
Судлаачид хямд түүхий эдээс шинэ бөгөөд тогтвортой цэвэр нүүрстөрөгч санамсаргүй гарган авсан байна. Нүүрстөрөгчийн нэгдлүүд болох алмаз болон графентэй адилаар уг материал онцгой физик шинж чанар үзүүлсэн байна. Уг материал нь гангаас хатуу, өнгөлсөн хөнгөн цагаан тольтой жишихүйц ойлт болон дамжуулалттай бөгөөд ферросоронзон шинж чанартайгаас гадна Цельсийн 125 хэм температур хүртэл тогтмол соронзон чанар үзүүлсэн байна.
6 эсвэл 12 атомт цагиргууд бүхий долгиолох давхаргуудаас тогтох U-карбон хальсыг судлаачид ковалентын холбоосоор холбогддог гэж үзэж байна.
Америкийн Ловель дэх Массачусетсийн Их Сургуулийн
физикч Жоел Терриэн Кластер болон Нано-Материалын Олон Улсын Хуралд илтгэхдээ
уг нээлтийг хөнгөн материалаар бүрэх технологи,
эрүүл мэндийн бүтээгдэхүүн болон шинэ төрлийн электроникийн төхөөрөмжүүдэд
чиглэнэ хэмээн танилцуулжээ. Уг илтгэл олон судлаачдын анхаарлыг татсан бөгөөд Хятадын
Бээжингийн Пэкингийн Их Сургуулийн хэрэглээний физикч Ван Шиан уг судалгааны
ажил хэвлэгдсэний дараа үүнтэй холбогдох олон судалгаа хийгдэнэ гэдэг итгэлтэй
байгаагаа илэрхийлэн нүүрстөрөгч нь ферросоронз манган, никел, төмөр зэрэг
элементүүдээс хамаагүй хөнгөн, биологийн биетэд
хорт нөлөөгүй ба хэрвээ уг нээлтэд дурдагдсанчлан соронзон шинж чанартай байвал
соронзон дохио дамжуулах био-мэдрэгч, өвчилсөн хэсэгт шууд чиглэх эм зөөвөрлөгч болгон ашиглахад маш
үр дүнтэй гэдгийг онцолсон байна. Харин Америкийн Тусон дахь Хойд Аризонагийн
Их Сургуулийн материал судлаач Роберт Вэттэн бүх л нотолгоотой зэрэгцэн эргэлзээ
мөн байх хэрэгтэй гэж үзэн цэвэр нүүрстөрөгчөөс соронзон шинж чанар илэрсэн
тухай 2001 онд Nature
эрдэм шинжилгээний сэтгүүлд хэвлэгдсэн өгүүлэл дээж
нь цэвэр биш байснаас болж няцаагдсан жишээг дахин сануулжээ.
Судлаачдын одоогоор уг материалын зөвхөн нимгэн
хальсыг гарган аваад байгаа бөгөөд электрон микроскоп болон рентген
спектрометрийн аргаар судалсан. Техас мужийн Хьюстон дахь Райс Их Сургуулийн
профессор Пуликел Ажаяан анхааралтай ажиллан материалынхаа шинж чанарын илүү
олон судалгаа хийх шаардлагатай байгаагаа илэрхийлсэн бөгөөд одоогоор материалд
цэвэр биш шинж чанар илрээгүй байна. Мөн онолын загвар болон аналитик
өгөгдлүүдээс уг материал нь холбоост нүүрстөрөгчийн атомуудын нидрүүлэг шиг атиралдсан
давхарга үүсгэн байрлаж байна хэмээн үзжээ.
1991 онд нүүрстөрөгчийн нано-хоолойг нээсэн Японы Нагоя дахь Мэижогийн Их Сургуулийн нано-материалын мэргэжилтэн Сумио Ижима судалгааны багийнхныг нүүрстөрөгчийн шинэ аллотропи гарган авсан гэж үзэхэд хязгаарлагдмал өгөгдөлтэй байна хэмээгээд том хэмжээтэй дээжүүдийн бүтцийг тодорхойлоход хамгийн тохиромжтой арга болох рентген кристаллографийн хэмжилтүүдийг нэмж хийх хэрэгтэй гэжээ.
.png?w=1200)
Химийн уураар тунадасжуулах зууханд бүрэлдсэн 1 микрон зузаантай шинэ материалын гялалзсан хальс.
Пентаграфен
нь пентагонал цагирагаар холбогдсон нүүрстөрөгчийн атомуудын хуудас бөгөөд
шинжлэх ухаанд таамаглагдсан ч бүтээгдээгүй материал юм. Пентаграфенийг гарган
авах туршилтын алдааны үед U-carbon
материалыг санамсаргүйгээр гарган авчээ. Ингэхдээ
химийн уураар тунадасжуулах зуухны төвд катализатор зэс ялтсан
хуудас тавьж зуухыг Цельсийн 800 хэм температур хүртэл халаасан ба гаднаас
шахах хийгээ метан зэрэг жижиг гидрокарбон хий биш илүү комплекс бүтэцтэй, хямд
өртөг бүхий нефть-химийн 2,2-диметилбутан ашигласан байна. 2,2-диметилбутан нь
салбарласан гексан бөгөөд уг химийн нэгдэл нь нүүрстөрөгчийн зургаан атом,
устөрөгчийн 14 атомаас тогтдог, үндсэн хэлхээ нь нугарсан шинж чанартай байдаг.
Зууханд өндөр температурт уг гидрокарбоны комплекс бүтэц катализатор гадаргуу
дээр задран атом эсвэл энгийн молекул болох ба дараа нь графений хуудас эсвэл
кристалл болж шилжинэ. Судалгааны багийнхан гексаны тахиралдсан үндсэн хэлхээ
нь бүтцээ хадгалахыг эрмэлзэн геометрийн хязгаарлалтын нөлөөгөөр байрлалаа
өөрчлөх гэсэн нүүрстөрөгчийн бүлгүүдийг пентагональ үүрүүд болгон холбож
пентаграфен үүсгэнэ хэмээн итгэж байсан ч нүүрстөрөгчийн атомууд тэдний
таамгаас өөр бүтэц үүсгэсэн юм. Уг материалыг 2017 оны арван нэгдүгээр сард олж
нээсэн ч хоёр жилийн турш энэ процессоо дахин дахин шалгаж үзсэн байна. U-карбон материалын молекул
динамикийн загвараас нүүрстөрөгчийн 6 эсвэл
12 атомт цагиргууд ковалент холбоогоор холбогдон атиралдсан давхарга үүсч байна
гэж үзэж байгаа бөгөөд графитийн
хувьд нүүрстөрөгчийн зургаан атомт цагиргуудын тэгшхэн давхаргуудаас тогтдог.
Рентген болон электрон микроскопын үр дүнгээс молекул динамикийн дээрх
загварчлалыг хүлээн зөвшөөрч болох ба материал sp2 ба sp3 холбоосоор холбогдож
байгааг илрүүлжээ. U-карбон
материалын sp2
холбоосноос шалтгаалан электронуудын спин чиглэлээ хялбархан
өөрчлөх боломжтой ба энэ нь ферросоронзон шинж чанарынх нь үндэс болж байгаа
юм.
Уг
материал нь мотор болон компьютеруудын ажиллах үеийн температурын мужид
соронзон шинж чанараа алдахгүй байсан нь чухал шинж чанаруудынх нь нэг. Мөн
хатуулаг чанар маш сайтай ба ган ноосоор үрэхэд цэвэр хэвээрээ байсан ба үүнийг
давхарга хоорондын холбоосоор нь тайлбарласан байна. Суналтад тэсвэртэй байдлыг
нь хараахан хэмжээгүй ч тасарч болохуйц нимгэн ширхгүүд нь миллиметрийн
хэмжээнд ч тэсвэртэй байгаа нь уг материалыг зарим металлуудтай дүйцэхүйц бат
бэх байж болзошгүй гэж таамаглаж байна.
U-карбон материалын
толь шиг шинж чанарыг судлах хэмжилтээр нимгэн хальс нь 50нм зузаантай атлаа
алс-хэт ягаан туяаны (far-UV)
мужаас дунд-хэт улаан
(mid-IR) муж хүртэл буюу 207нм-ээс 2500нм хүртэлх долгионы
урттай туссан гэрлийг 90% ойлгож байгааг тогтоосон ба ойлттой бүрхүүлийн технологид
тэр дундаа камер болон телескопын толины материалд ашиглахад стандарт хөнгөн
цагаанаас илүү тэсвэртэй, үр дүнтэй материал байж болох юм.
Цахилгаан
дамжуулах чанар нь гантай адил бага бөгөөд материалыг Цельсийн 1000 хэм
температур хүртэл халаахад гялалзсан байдлаа алдаж бүсийн өргөнтэй болсон буюу
хагас дамжуулагч шинж чанартай болсон байна. Иймд гэрлийг цахилгаанд хувиргах
боломжтой аморф цахиуртай төстэй шинж чанар үзүүлснээр фотовольтик
шинж чанар бүхий материалд ашиглаж болохуйц гэж судлаачдын баг нь
үзжээ. Судалгааны багийн гишүүн физикч Жоел Терриэн нүүрстөрөгчийн шинэ төрлийн
аллотропи гарган авсан аргаа бусад элементүүдийн аллотропийг гарган авахад
ашиглах боломжтой гэжээ.
Судалгааны
баг шинэ материалдаа тогтсон нэр хараахан өгөөгүй байгаа ч U-карбон эсвэл адамант хэмээн
нэрлэж магадгүй юм байна.
Мэдээлийн эх сурвалж: https://www.sciencemag.org/news/2019/11/next-graphene-shiny-and-magnetic-new-form-pure-carbon-dazzles-potential?utm_campaign=SciMag&utm_source=JHubbard&utm_medium=Facebook
Мэдээг бэлдсэн: Материал Cудлалын
Cалбарын ЭШДаА О.Намуундарь