طور الباحثون في المعهد الكوري المتقدم للعلوم والتكنولوجيا طريقة للتنبؤ بالتوزيع الجزيئي للمادة النانوية MXene باستخدام خصائص المقاومة المغناطيسية، مما يمهد الطريق لتبسيط مراقبة الجودة والإنتاج الضخم. تسلط هذه الدراسة الضوء أيضًا على التطبيقات المتنوعة لـ MXene بناءً على معاملات تشتت Hall. طور الباحثون نموذجًا تحليليًا باستخدام خصائص النقل المغناطيسي للجزيئات المرتبطة بسطح MXene. من المتوقع أن يكون إنشاء نظام للتنبؤ بالأداء وتصنيفه مفيدًا في إنتاج MXenes ذات جودة موحدة.
تم تطوير MXene في عام 2011، وهو عبارة عن مادة نانوية ثنائية الأبعاد تحتوي على طبقات معدنية وكربونية متناوبة. إنه ذو موصلية عالية ويمكن دمجه مع مركبات معدنية مختلفة. وهي مادة يمكن استخدامها في صناعات مختلفة مثل أشباه الموصلات والمعدات الإلكترونية وأجهزة الاستشعار.
لاستخدام MXene بشكل صحيح، يجب على المرء أن يفهم نوع وعدد الجزيئات التي تغطي سطحه. إذا كانت الجزيئات التي تغطي السطح هي الفلور، فسيتم تقليل الموصلية وستنخفض أيضًا كفاءة التدريع للموجات الكهرومغناطيسية. ومع ذلك، نظرًا لأن سمك MXene يبلغ 1 نانومتر فقط (نانومتر - واحد من المليار من المتر)، فقد يستغرق الأمر عدة أيام لتحليل الجزيئات الموجودة على السطح حتى باستخدام مجهر إلكتروني عالي الأداء، مما يجعل الإنتاج الضخم مستحيلًا حتى الآن.
تقدم كبير في تحليل أسطح MXene
قام فريق بحث بقيادة سيونج تشيول لي، مدير المركز الهندي الكوري للعلوم والتكنولوجيا (IKST) في المعهد الكوري المتقدم للعلوم والتكنولوجيا، بتطوير طريقة للتنبؤ بتوزيع جزيئات السطح باستخدام خصائص المقاومة المغناطيسية للمكسين. باستخدام هذه الطريقة، يمكن قياس التوزيع الجزيئي للمكسين من خلال قياسات بسيطة، مما يتيح مراقبة الجودة أثناء عملية الإنتاج، والتي من المتوقع أن تفتح الطريق أمام إنتاج واسع النطاق لا يمكن تحقيقه حتى الآن.
طور الفريق برنامجًا للتنبؤ بخصائص المواد ثنائية الأبعاد بناءً على فكرة أن الموصلية أو المغناطيسية تتغير اعتمادًا على الجزيئات المرتبطة بالسطح. لذلك، قاموا بحساب خصائص النقل المغناطيسي للمكسين وحللوا بنجاح نوع وعدد الجزيئات الممتصة على سطح المكسين عند الضغط الطبيعي ودرجة حرارة الغرفة دون أي معدات إضافية.
معامل تشتت هول وتطبيقاته
من خلال تحليل سطح MXene باستخدام برنامج تنبؤ خاص بالخصائص، كان من المتوقع أن يتغير معامل تشتت Hall الذي يؤثر على النقل المغناطيسي بشكل كبير اعتمادًا على نوع الجزيئات الموجودة على السطح. معامل تشتت هول هو ثابت فيزيائي يصف خصائص حمل الشحنة للمواد شبه الموصلة. وجد فريق البحث أنه حتى لو تم تحضير نفس MXene، فإن قيمة معامل تشتت هول كانت 2.49، حيث كان الفلور هو الأعلى، والأكسجين 0.5، والهيدروكسيد 1، وبالتالي تحليل توزيع الجزيئات.
لمعامل تشتت القاعة تطبيقات مختلفة حسب القيمة. إذا كانت القيمة أقل من 1، فيمكن تطبيقها على الترانزستورات عالية الأداء، والمولدات عالية التردد، وأجهزة الاستشعار عالية الكفاءة، وأجهزة الكشف الضوئي. إذا كانت القيمة أعلى من 1، فيمكن تطبيقها على المواد الكهروحرارية وأجهزة الاستشعار المغناطيسية. وبالنظر إلى أن حجم MXene لا يتجاوز بضعة نانومترات أو أصغر في الحجم، فيمكن تقليل حجم الأجهزة القابلة للتطبيق والطاقة المطلوبة بشكل كبير.
الخلاصة والآفاق المستقبلية
قال Seung-Cheol Lee، مدير IKST: "على عكس الدراسات السابقة التي ركزت على إنتاج MXene النقي وخصائصه، تكمن أهمية هذه الدراسة في أنها توفر طريقة جديدة للتحليل الجزيئي السطحي يمكنها بسهولة تصنيف MXenes المصنعة. ومن خلال الجمع بين هذه النتيجة والدراسات التجريبية، نتوقع أن نكون قادرين على التحكم في عملية إنتاج MXene لإنتاج MXene على نطاق واسع بجودة موحدة."