Kristian Şnayder, Maks Plank Cəmiyyəti tərəfindən

redaktə edən: Gaby Clark , rəy verən: Robert Egan

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

Tədqiqatçılar səthə xas vibrasiya spektroskopiyasından istifadə edərək kalsium florid (yaşıl) kimi materiallar üzərində qrafen monolayerinin (tünd boz) islanma şəffaflığı ilə bağlı uzun müddətdir davam edən bir tapmacanı həll ediblər. Müəllif: Katharina Maisenbacher / MPI-P

Qrafen üzərində aparılan tədqiqatlar son illərdə böyük irəliləyişlər əldə etmişdir. Bununla belə, duzsuzlaşdırma membranları, sensorlar və enerjinin saxlanması və çevrilməsi kimi tətbiqlərdə onun potensialından tam istifadə etmək üçün qrafenlə suyun qarşılıqlı təsirini daha dərindən anlamaq tələb olunur.

Qrafenin islatma şəffaflığını yenidən düşünmək

İndiyə qədər geniş şəkildə belə bir fikir var idi ki, qrafen substrat üzərində dəstəkləndikdə, əsasən əsas materialın islanma xüsusiyyətlərini miras alır və bu fenomen “islanma şəffaflığı” adlanır. Yongkang Wang və Yair Litmanın rəhbərlik etdiyi beynəlxalq tədqiqat qrupu indi göstərib ki, qrafen böyük miqyaslarda şəffaf görünsə də, nanoskalada yaxınlıqdakı su molekullarına incə, lakin əhəmiyyətli təsir göstərir. Tədqiqat Chem jurnalında dərc olunub .

Cəmi bir atom qalınlığında olan karbon təbəqəsi olan qrafen möcüzəvi bir material hesab olunur: son dərəcə sabit, yüksək keçiriciliyə malik və optik cəhətdən şəffafdır. Uzun müddət su üçün də eyni dərəcədə şəffaf görünürdü: islanma qabiliyyətinin ölçüsü olan su ilə təmas bucağının ölçülməsi göstərdi ki, substratdakı qrafen substratların islanma qabiliyyətini demək olar ki, dəyişməz saxlayır. İllərdir müşahidə edilən bu islanma şəffaflığı fenomeni, qrafenin yüksək dərəcədə polyarizasiya qabiliyyətinə malik olması və buna görə də substratdakı yüklərə həssaslıqla reaksiya verməsi faktını təkzib edirdi.

Maks Plank Polimer Tədqiqatları İnstitutunun (MPI-P) Yonqkanq Vanq və Yair Litmanın rəhbərlik etdiyi beynəlxalq bir qrup, Kembric Universiteti, Koreyadakı Təməl Elmlər İnstitutu (IBS), Koreya Universiteti və Durham Universiteti ilə əməkdaşlıqda bu boşluğu aradan qaldırdı. Tədqiqatçılar göstərir ki, mikrometr miqyasında qrafen substratın islanma qabiliyyətinə görə şəffaf görünür, lakin nanoskalada suyun strukturunu əhəmiyyətli dərəcədə dəyişdirir.Qrafik xülasə. Müəllif: Kimya (2026). DOI: 10.1016/j.chempr.2026.103023

Qrafen interfeyslərində suyun yaxınlaşdırılması

Bunu nümayiş etdirmək üçün onlar qabaqcıl səthə xas vibrasiya spektroskopiyasını molekulyar dinamika simulyasiyaları ilə birləşdirdilər və kalsium flüorid (CaF2) kristalları üzərində suyu – bir dəfə təmiz formada, bir dəfə isə tək bir qrafen təbəqəsi ilə örtülmüş şəkildə – öyrəndilər _. Su məhlulunun pH-nı dəyişdirərək, onlar CaF2-nin səth yükünü xüsusi olaraq tənzimlədilər _və qrafen səthinə yaxın suyun necə uyğunlaşdığını birbaşa izlədilər. Makroskopik səviyyədə nəticə: substratın elektrostatikası sətharası suyun istiqamətini və quruluşunu idarə edir, bu da qrafenlə və qrafensiz əsasən dəyişməz qalır – bu da islanma şəffaflığını təsdiqləyir.

Lakin simulyasiyalar nanoskalada nələrin baş verdiyini göstərir: CaF2-dəki lokal yüklər _polyarlaşan qrafen təbəqəsində müvafiq görüntü yüklərini induksiya edir və elektrostatik cazibə vasitəsilə qrafen yüklərini dəyişir. Bu, yaxınlıqdakı su molekulları tərəfindən yaşanan elektrik sahəsinin gücünü və istiqamətini dəyişdirir. CaF2-dəki lokal yükün birbaşa üstündə _induksiya olunmuş qrafen yükü sahəni qismən qoruya və ya hətta onu tərsinə çevirə bilər ki, bu da birinci təbəqədəki su molekullarının gözlənilmədən yenidən düzülməsinə səbəb olur. Bir neçə angstrem daha uzaqda, sahə qrafen polyarizasiyası olmadığından daha güclü ola bilər və su molekullarının düzülüşünü artırır.

Bu cür bir çox yük nöqtələri üzərində orta hesabla, əks lokal effektlər bir-birini ləğv edir – makroskopik islanma şəffaflığı toxunulmaz qalır. Beləliklə, qrafen substrat yükləri üçün nanoskal güzgü rolunu oynayır : onları əks etdirir və yenidən paylayır və bununla da ümumi makroskopik islanma davranışını dəyişdirmədən su strukturunu formalaşdırır.

Gündəlik məlumat üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosdakı ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz bülletenimizə abunə olun və vacib olan nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniliklərdən xəbərdar olun .

Gələcək qrafen texnologiyaları üçün təsirlər

Mischa Bonn-un Molekulyar Spektroskopiya şöbəsinin qrup rəhbəri Yongkang Wang deyir: “Müşahidə edilən təsirlər yüksək texniki əhəmiyyətə malikdir. Mühəndislər indi sadəcə qrafenin səth quruluşunu və ya kimyasını dəyişdirmək əvəzinə, səth səthindəki suyu idarə etmək üçün substrat yükünün strukturlaşdırılmasını dizayn parametri kimi nəzərdən keçirə bilərlər.”

Qrup rəhbəri və tədqiqatın həmmüəllifi Yair Litman əlavə edir ki, “Qrafenin elektron reaksiyasını bu cür nanoskal dəqiqliklə idarə etmək ion paylanmalarına, su axınına və səth reaksiyalarına təsir göstərmək üçün istifadə edilə bilər.”

Bu çoxmiqyaslı perspektiv, nanofluidik membranlardan elektrokimyəvi enerji saxlama cihazlarına və neyromorfik komponentlərə qədər sulu mühitlərdə qrafen təbəqələrini əhatə edən tətbiqlər üçün yeni dizayn qaydalarını təqdim edir. Uzunmüddətli perspektivdə bu yeni idarəetmə mexanizminin nanoskalada məqsədyönlü istifadəsi qrafen membranlarını daha seçici, enerji saxlama cihazlarını daha səmərəli və neyromorfik komponentləri daha möhkəm edə bilər.