فوسفورن مادهای اعجاب برانگیز برای شارژ فوق سریع
🔄 آخرین بهروزرسانی: آذر ۱۴۰۴
نانو نوارهای فوسفورن؛ جهشی بزرگ در الکترونیک و فناوری شارژ سریع
معرفی
نانونوارهای انعطافپذیر و مجزا از جنس فسفر کریستالی برای اولین بار توسط محققان UCL تولید شدهاند؛ مادهای که میتواند تحولی مهم در صنعت الکترونیک و تکنولوژی شارژ سریع باتریها ایجاد کند. یکی از کاربردهای مهم پیشبینیشده برای این ماده، استفاده در باتریهای با سرعت شارژ بسیار بالا است که میتواند بهویژه در حوزه خودروهای الکتریکی تحولآفرین باشد.
پیشینه پژوهش
از زمان تولید فسفورن (فسفر دو بعدی) در سال ۲۰۱۴، بیش از صد مطالعه آزمایشگاهی روی این ماده انجام شده و پیشبینی میشود که خواص جدید و شگفتانگیز آن با ساخت نوارهای بسیار نازک آشکار شود. این ویژگیها آن را برای استفاده گسترده در صنایع مختلف ارزشمند میکند.
” بیشتر بخوانید: شارژ سریع باتریها به کمک نانوصفحات دو بعدی “
نخستین ساخت نانونوارهای مجزا
در مقالهای که در ژورنال Nature منتشر شد، محققان دانشگاههای UCL، بریستول، ایالتی ویرجینیا و پلیتکنیک لوزان چگونگی تشکیل فسفورن از بلورهای فسفر سیاه و یونهای لیتیوم را شرح دادند. این نخستینبار است که نانونوارهای مجزای فسفورن تولید شدهاند و همچنین خواص منحصربهفرد آنها توسط این گروه تحقیقاتی شناسایی شده است. اهمیت این نانونوارها در نقش تحولآفرین آنهاست و به همین دلیل حوزههای کاربردشان به سرعت در حال گسترش است.
ویژگیهای فیزیکی فوسفورن
این نانونوارها با ضخامتی در حد یک لایه اتمی، پهنای ۴ تا ۵۰ نانومتر و طول ۷۵ میکرومتر تولید شدهاند. نسبت طول به عرض آنها آنقدر زیاد است که با نسبت کشیدگی کابلهای پل کابلی گلدنگیت مقایسه میشود.
تصویربرداری دقیق نشان داده که این نانونوارها بلوری، بسیار صاف و به شکلی غیرمعمول انعطافپذیرند. اکثر آنها تکلایهاند، اما در نمونههای چندلایه تعداد لایهها تا چهار عدد میرسد و لایهها بسیار فشرده روی هم قرار گرفتهاند.
” بیشتر بخوانید: ساخت باتری حرارتی لیتیوم یون LFP با شارژ بسیارسریع “
مقایسه با نانونوارهای دیگر
پیش از این، نانونوارهای مواد دیگری مانند گرافن تولید شده بود، اما نانونوارهای فوسفورن از نظر پهنا، ضخامت، طول و نسبت کشیدگی برتری دارند. همچنین آنها میتوانند بهصورت رسوب در مایع تهیه شوند؛ روشی که برای تولید تجاری با هزینه کم بسیار مناسب است.
روش ساخت
برای تولید این نانونوارها، فسفر سیاه با یونهای لیتیوم در محلول آمونیاک در دمای ۵۰- درجه سانتیگراد ترکیب میشود. پس از حدود ۲۴ ساعت، آمونیاک حذف و با یک حلال آلی جایگزین میشود. در این مرحله محلولی شامل نانونوارهایی با اندازههای مختلف بهدست میآید.
برای داشتن خواص دقیق و قابل کنترل، باید پهنای نوارها در امتداد طول ثابت باشد؛ ویژگیای که در این نوارها برقرار است. با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) صدها نانونوار با ابعاد مختلف شناسایی شد.
کاربردهای پیشبینیشده
کاربردهای مطرحشده برای این ماده شامل موارد زیر است:
- باتریها و سامانههای شارژ سریع
- سلولهای خورشیدی
- قطعات ترموالکتریکی برای تبدیل اتلاف گرما به برق
- فتوکاتالیستها
- نانوالکترونیک
- محاسبات کوانتومی
همچنین پیشبینی شده که اثرات غیرمعمولی مانند مغناطیس نوین و ترازهای توپولوژیکی در این نانونوارها ظاهر شود.
با گذشت چند سال از معرفی اولیه نانونوارهای فسفورن، پژوهشهای جدید نشان دادهاند که این مواد اکنون وارد مرحله کاربردیتری شدهاند. مطالعات اخیر نشان میدهد که نانونوارهای فوسفورن در دمای اتاق میتوانند همزمان رفتار نیمههادی و خواص مغناطیسی از خود نشان دهند؛ ویژگیای که آنها را به گزینهای جدی برای الکترونیک کممصرف، اسپینترونیک و حتی محاسبات کوانتومی تبدیل میکند.
همچنین روشهای نوین و کنترلشده تولید — از جمله روشهای مبتنی بر سونوشیمی — امکان ساخت نانونوارهایی با عرضهای بسیار دقیق و لبههای بسیار صاف را فراهم کرده است. این پیشرفتها موجب شده که نانونوارهای فسفورن بیش از گذشته به کاربردهای واقعی در باتریها، الکترونیک انعطافپذیر و نسل جدید قطعات هوشمند نزدیک شوند.
منبع: www.sciencedaily.com