اخبار علمی مرکز پژوهش متالورژی رازی

یک ترابایت داده در کریستالی میلی متری از مواد نادر خاکی

از زمان اختراع کامپیوترها، محدودیت‌های اندازه و ظرفیت ذخیره‌سازی اطلاعات همیشه چالشی بزرگ بوده است، به‌طوری‌که ابعاد هر بیت (که از ترکیب صفر و یک تشکیل می‌شود)، اندازه دستگاه‌ها را تعیین می‌کند. حالا محققان دانشکده مهندسی مولکولی پریتزکر دانشگاه شیکاگو روشی نوین برای ساخت یک و صفر از عیوب کریستالی در عناصر نادر خاکی معرفی کرده‌اند که هرکدام از این عیوب به اندازه یک اتم منفرد هستند و قابلیت استفاده در حافظه‌های کامپیوتری را دارند. عناصر نادر خاکی (لانتانیدها) ویژگی‌های نوری منحصر به فردی دارند که با تحریک آن‌ها در طول موج خاصی توسط لیزر، الکترون‌هایی آزاد می‌شود. این الکترون‌ها سپس در نقص‌های کریستالی به دام می‌افتند. این نوآوری، کریستال‌های میلی‌متری را به حافظه‌های رایانه‌ای تبدیل می‌کند که می‌توانند تا یک ترابایت داده ذخیره کنند. به‌عبارت‌دیگر، هر نقص در شبکه کریستالی، به‌عنوان یک خانه حافظه برای کامپیوتر عمل می‌کند. این پیشرفت می‌تواند کامپیوترهای کلاسیک را به کامپیوترهای کوانتومی تبدیل کند. نتایج این تحقیق در مجله Nanophotonics منتشر شده است.

منبع : sciencedaily

ساخت پلیمری بسیار نازک که مانند فلز خاصیت رسانایی دارد

دانشمندان با ساخت یک کریستال دوبعدی پلی‌آنیلین (2DPANI) تحولی در پلیمرهای رسانا ایجاد کرده‌اند. این ساختار منحصر به فرد و چندلایه، امکان انتقال بار الکتریکی را مانند فلزات فراهم می‌کند و زمینه‌ساز کاربردهای جدیدی در علم الکترونیک و مواد است. پلیمرهای رسانا مانند پلی‌آنیلین به دلیل خاصیت رسانایی الکتریکی، جایگزین‌های امیدوارکننده‌ای برای نیمه‌هادی‌ها و فلزات به شمار می‌روند. وزن سبک، انعطاف‌پذیری و صرفه اقتصادی، این مواد را برای کاربردهای مختلف تکنولوژیکی جذاب می‌کند. با این حال، انتقال کارآمد بار الکتریکی بین زنجیره‌های پلیمری تاکنون با محدودیت‌هایی همراه بود. یافته‌های این محققان، که در مجله "نیچر" منتشر شده است، نشان می‌دهد که آن‌ها با ساخت یک کریستال جدید (2DPANI) به این چالش پاسخ داده‌اند. آن‌ها با استفاده همزمان از پلیمریزاسیون دوبعدی و سورفکتانت آنیونی بر روی سطح آب، این کریستال‌ها را بین لایه‌های پلیمری تشکیل دادند. این روش، انتقال بار فلزی خارج از صفحه پلیمری و با رسانایی الکتریکی بالا را امکان‌پذیر ساخته است.

منبع : scitechdaily

فناوری جدید مولکولی MOC که آلاینده های مضر را هدف قرار می دهد

آلودگی آب همچنان یکی از چالش‌های مهم زیست‌محیطی محسوب می‌شود. بسیاری از محصولات روزمره، از جمله لوازم آرایشی، بهداشتی، پزشکی و دارویی، حاوی ترکیبات شیمیایی پایداری هستند که به‌طور کامل تجزیه نمی‌شوند. این آلاینده‌ها وارد اکوسیستم‌های آبی شده و خطرات جدی برای سلامت انسان، حیات وحش و پوشش گیاهی ایجاد می‌کنند. دانشمندان دانشگاه منچستر ماده‌ای نوین طراحی کرده‌اند که می‌تواند آلودگی آب ناشی از این ترکیبات پایدار را کاهش دهد. این آلاینده‌ها، که در رودخانه‌ها و دریاچه‌ها انباشته شده و به‌سختی تجزیه می‌شوند، اکنون با استفاده از این فناوری جدید قابل مهار هستند. یافته‌های این پژوهش در مجله Cell Reports Physical Science منتشر شده است. این تحقیق، رویکردی نوین در طراحی ساختارهای مولکولی معرفی می‌کند که با نام Metal-Organic-Cage (MOC) شناخته می‌شوند. این ساختارها در مقیاس نانو به‌عنوان تله‌های مولکولی عمل کرده و به‌طور انتخابی، مواد شیمیایی خطرناکی را که معمولاً در فاضلاب‌ها یافت می‌شوند، جذب و غیرفعال می‌کنند. MOCها دارای ساختاری توخالی و هرمی‌شکل هستند که از یون‌های فلزی متصل به لیگاندهای آلی تشکیل شده‌اند. این ساختارها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که آلاینده‌ها را درون حفره مرکزی خود به دام انداخته و از انتشار آن‌ها در محیط‌های آبی جلوگیری کنند.

منبع : azom

طراحی نوع جدیدی از باتری با کمک هوش مصنوعی

برای اولین بار، یک گروه تحقیقاتی به سرپرستی دانشگاه Northwestern موفق به معرفی اولین ماده دوبعدی (2D) شدند که از قفل‌های مکانیکی درهم‌تنیده تشکیل شده است. این ماده در مقیاس نانو، ساختاری شبیه به حلقه‌های زنجیروار به هم پیوسته دارد و ویژگی‌های منحصربه‌فردی مانند انعطاف‌پذیری و استحکام فوق‌العاده از خود نشان می‌دهد. در این پژوهش که نتایج آن در مجله Science منتشر شده است، محققان با بهره‌گیری از یک فرآیند نوین پلیمریزاسیون، نه‌تنها اولین پلیمر دوبعدی را معرفی کردند، بلکه موفق به تولید ماده‌ای با بالاترین چگالی پیوندهای مکانیکی گزارش‌شده تاکنون شدند. این ماده جدید حاوی 100 تریلیون پیوند مکانیکی در هر یک سانتی‌متر مربع است. با توجه به خواص مکانیکی ویژه و وزن سبک این ماده، پیش‌بینی می‌شود که در آینده بتوان از آن در تولید زره‌های پیشرفته بهره گرفت.

منبع : sciencedaily

طراحی نوع جدیدی از باتری با کمک هوش مصنوعی

با افزایش روزافزون استفاده از دستگاه‌هایی که به باتری نیاز دارند، تلاش‌ها برای یافتن مواد جدید، ایمن‌تر و ارزان‌تر همچنان ادامه دارد. شناسایی مواد جدید با خواص ویژه مورد نظر، معمولاً از طریق روش‌های آزمایشگاهی و به‌کارگیری آزمون و خطا صورت می‌گیرد. اما تحقیقات جدید انجام‌شده در دانشگاه واشنگتن، به‌همراه همکاری شرکت مایکروسافت و آزمایشگاه ملی PNNL، نشان می‌دهند که هوش مصنوعی (AI) می‌تواند این فرآیند را تسریع کرده و به شناسایی مواد جدید برای باتری‌های خاص کمک کند. در این تحقیق، محققان با استفاده از هوش مصنوعی، تنها در ۸۰ ساعت، از میان ۳۲ میلیون ماده بالقوه، فهرستی متشکل از ۲۳ گزینه مناسب ایجاد کردند. سپس، یکی از این مواد برای ساخت باتری انتخاب شد که از ثبات و رسانایی مناسبی برخوردار بود. ابتدا، مواد بر اساس پایداری فیزیکی فیلتر شدند، سپس با اضافه کردن خواص الکتریکی و شیمیایی از طریق روش‌های آزمایش شده و محاسباتی، فهرست نهایی کاهش یافت. همچنین، مواد کمیاب، سمی و گران‌قیمت از فهرست حذف شدند. در نهایت، محققان یک الکترولیت جدید پیشنهاد کردند که مشابه الکترولیت‌های موجود از لیتیم، ایترم و کلر ساخته شده است، با این تفاوت که مقادیری از لیتیم با سدیم جایگزین شده‌اند که از نظر قیمت بسیار مقرون به‌صرفه‌تر و در دسترس‌تر است

منبع : asminternational

پوشش ارگانیک برای سلول های خورشیدی ، تحولی در جهت افزایش کارایی و کاهش هزینه ها

یک گروه تحقیقاتی در چین، یک پوشش آلی جدید بر روی سلول های خورشیدی دو لایه سیلیکون/ پروسکایت (Si/Pervoskite) را در مقاله جدید شان ارایه کرده اند که بازدهی سلول های خورشیدی را 31% بهبود می بخشد و در عین حال هزینه های ساخت و تولید را کاهش می دهد. در سلول های خورشیدی به واسطه تابش نورخورشید به صفحه نیمه هادی، الکترون ها از لایه انرژی خود خارج شده و حفره هایی با بار مثبت (holes) از خود به جا می گذارند. این دو حامل بار مثبت و منفی جریان الکتریکی را ایجاد می کنند. ویفرهای سیلیکونی دارای ساختاری در سطح هستند که بازتاب کمتری دارند و باعث جذب بهتر نور می شوند. با این حال، فرآیند پوشش دادن آنها با پروسکایت منجر به ایجاد نقص هایی در شبکه کریستالی شده که بر خواص الکترونیکی آنها تاثیر می گذارد. این گروه تحقیقاتی، یک ترکیب تیوفن اتیل آمونیوم با یک گروه عاملی تری فلور متیل (CF3-TEA) را به صورت اسپری ساخته اند تا یک پوشش یکنواخت بر روی پروسکایت تشکیل دهد و عیوب سطحی این لایه بر طرف گردد.

منبع : wiley

ابداع روش جدید برای تبدیل زباله های الکترونیکی به طلا

سالانه 50 میلیون تن زباله الکترونیکی دور ریخته می شود که تنها 20% آن بازیافت می شود. گروه تحقیقاتی دکتر عباسپور ، استاد شیمی و فناوری مواد در دانشگاه کرنل آمریکا، روشی را برای استخراج طلا از زباله های الکترونیکی ابداع کردند و سپس از این فلزات گرانبها به عنوان کاتالیزور در تبدیل گاز دی اکسید کربن (گاز گلخانه ای) به مواد آلی استفاده کردند. آنها از یک جفت ترکیب آلی کووالانسی متصل به وینیل (VCOFs) برای جذب نانوذرات طلا از مدارهای دستگاه های الکترونیکی دور ریخته شده استفاده کردند و سپس نشان دادند که این ترکیبات آلی می توانند 99.9% از طلا و مقدار بسیار کمی از فلزات دیگر از جمله نیکل و مس را استخراج می کنند. آنها از ترکیبات حاوی طلا بدست آمده برای تبدیل دی اکسید کربن به مواد شیمیایی مفید استفاده کردند که علاوه بر تولید مواد با ارزش افزوده، مزایای زیست محیطی فراوانی را خواهد داشت.

منبع : cornell

بهبود پوشش در روش لایه نشانی شیمیایی بخار ( به اختصارCVD ) با استفاده از جریانی همزمان از گاز بی اثر سنگین

لایه‌نشانی بخار شیمیایی (Chemical Vapor Deposition) روشی است که برای ایجاد لایه‌ای نازک بر روی سطح سیلیکون در ساخت و تولید تراشه‌های نیمه‌رسانا استفاده می‌شود. با کوچک‌تر شدن دستگاه‌های الکترونیکی، ساختارهای پیچیده‌تری ایجاد شده که نیاز به تشکیل لایه‌ای همگن در سطوح برآمده و فرورفته (Step Coverage) را افزایش داده است. در این روش، پارامتر SC به نسبت ضخامت لایه‌های عمیق به لایه‌های سطحی اشاره دارد. به همین منظور، محققان تزریق گاز بی‌اثر سنگین را برای بهبود پوشش مناطق برآمده و فرورفته در روش CVD پیشنهاد کرده‌اند. در این روش جدید، از جریان گاز سنگین زنون (Xe) به‌طور همزمان با گاز فرآیندی اصلی برای رسوب لایه اکسیدی مورد نظر (در اینجا اکسید بروم) استفاده شده است. این تغییر باعث ارتقای پارامتر SC از عدد 0.71 به 0.97 شده است، که نشان می‌دهد رسوب لایه اکسیدی در عمق، به ضخامت لایه سطحی نزدیک‌تر شده است. در نهایت، پیشنهاد شده که این مسیر می‌تواند برای ترکیب‌های مختلف قابل اجرا و سازگار باشد. نتایج این پژوهش اخیراً در مجله معتبر Nature Communications منتشر شده است.


منبع : Nature Communications

ساخت باتری های جدید سدیم یونی مقرون به صرفه و پایدار ، جایگزینی برای باتری های لیتیوم یونی

باتری‌های لیتیوم یونی به طور گسترده در فناوری هایی مانند تلفن‌های هوشمند، لپ‌تاپ و خودروهای برقی استفاده می شوند. نگرانی‌های فزاینده‌ای در مورد آینده این نوع باتری ها وجود دارد، زیرا لیتیوم نسبتا کمیاب و گران است. محققان در دانشگاه هیوستون ماده جدیدی برای باتری‌های یون سدیم به نام فسفات وانادیم سدیم با فرمول شیمیایی Na_XV₂(PO₄)₃ ساخته‌اند که ولتاژ بالاتر و ظرفیت انرژی بیشتری را نسبت به مواد قبلی مبتنی بر سدیم ارائه می‌دهد. این ماده جدید چگالی انرژی (مقدار انرژی ذخیره شده در هر کیلوگرم ) را تا بیش از 15 درصد بهبود می بخشد. چگالی انرژی بالاتر 458 وات ساعت بر کیلوگرم در مقایسه با 396 وات ساعت بر کیلوگرم در باتری های سدیم یونی قدیمی، فناوری سدیم را به رقابت با باتری‌های لیتیوم یونی نزدیک‌تر می‌کند. سدیم تقریبا 50 برابر ارزان تر از لیتیوم است و حتی می توان آن را از آب دریا برداشت کرد که آن را به جایگزینی ای پایدارتر و آسان تر برای ذخیره انرژی در مقیاس بزرگ تبدیل خواهد کرد.


منبع : University of Houston

تبدیل ضایعات فلزی به آلیاژهایی با ارزش و کارآمد با روش تولید فاز جامد (Solid phase alloying)

طبق مطالعه جدید محققان آزمایشگاه ملی شمال غرب اقیانوس آرام، ضایعات فلزی آلومینیم را می توان مستقیماً بدون نیاز به فرآیندهای ذوب رایج به آلیاژهایی با کارایی بالا و با ارزش ارتقا داد. محصولات تولید شده با فرآیندهای ذوب رایج از نظر ترکیب آلیاژ و ریز ساختار و در نتیجه خواص نهایی محدود هستند. بنابراین، این محققان روش جدیدی برای بازیافت و آلیاژسازی در فاز جامد ابداع کرده اند که ضایعات آلومینیم 6063 با مس، روی و منیزیم آلیاژ شده، در نتیجه آلیاژی از آلومینیم با کارایی بالا همراه با خوشه هایی از نانو ذرات تقویت کننده تولید کردند که ترکیب و خواصی مشابه با آلیاژ آلومینیم 7075 داشته باشد. فازهای تقویت کننده Mg(CuZn)2،ƞ ، استحکام تسلیم و نهایی را تا 200 درصد افزایش می دهند.

منبع : Nature Communications volume 15, Article number: 10664 (2024)

استفاده دانشمندان از روبات ها و هوش مصنوعی برای ساخت مواد جدید در مهار آلودگی هوا

بسیاری از فعالیت های انسانی، باعث آلوده شدن روزافزون محیط زیست می شوند و آلاینده ها را در هوا، آب و خاک آزاد می کنند. این مواد شیمیایی مضر ، هم سلامتی انسان ها و هم پایداری اکوسیستم را تهدید می کنند. طبق گزارش سازمان جهانی بهداشت، آلودگی هوا سالانه باعث مرگ 4.2 میلیون نفر می شود. برای رفع این معضل دانشمندان همواره به دنبال راه حل هایی هستند که یکی از این راه ها، دسته ای از مواد به نام فوتوکاتالیست ها هستند. این مواد زمانی که توسط نور تحریک شوند، حامل های باردار تولید می کنند. این حامل های باردار ذرات ریزی هستند که می توانند به اطراف حرکت کنند و باعث واکنش های شیمیایی شوند. در تماس با آب و یا اکسیژن، اکسیژن فعال تولید می کنند که با پیوستن به آلاینده های رایج سمی می توانند آنها را تجزیه کنند و یا به محصولات بی ضرر یا مفید تبدیل کنند.
در دانشگاه تنسی آمریکا، محققان با کمک ربات ها و هوش مصنوعی در حال ساخت و آزمایش فوتوکاتالیست های جدید با هدف کاهش آلودگی هوا هستند. از آنجا که هزاران نوع کاتالیست به طور بالقوه می توانند برای این منظور استفاده شوند، محققان این دانشگاه به دنبال راه های سریع تر برای رسیدن به بهترین گزینه برای پاکسازی هوا می باشند. آنها به جای ساختن و آزمایش نمونه ها به روش های قبلی که ممکن است هفته ها یا ماه ها به طول بیانجامد، از ربات های هوشمندی استفاده می کنند که می توانند حداقل 100 ماده مختلف را در عرض یک ساعت تولید و آزمایش کنند. این ربات ها ی کوچک با قابلیت جابجایی مایعات، می توانند مقادیر مایعات را به طور دقیق از یک مکان به مکان دیگر مخلوط و منتقل کنند. آنها توسط رایانه ای کنترل می شوند که شتاب و دقت آنها را هدایت می کند. همچنین از الگوریتم های یادگیری ماشین برای سرعت بخشیدن به تجزیه و تحلیل داده ها استفاده می شود و نیز از داده های بدست آمده برای مجموعه آزمایش های بعدی که توسط روبات ها انجام می شوند، استفاده می کنند.

منبع :Ahmadi Research Lab