Polşa Elmlər Akademiyası tərəfindən

redaktə edən: Gaby Clark , rəy verən: Robert Egan

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

Polşa Elmlər Akademiyasının Fiziki Kimya İnstitutunun alimləri təbiətdə baş verən prosesləri təqlid etməklə son dərəcə kiçik kristallar istehsal etmək üçün yeni bir üsul təqdim etdilər. Proses kristalın çox kiçik kvant nöqtələrinə idarə olunan çevrilməsini əhatə edir. Mənbə: IPC PAS, Grzegorz Krzyzewski

Təbiətdə nanokristallar adlanan kiçik kristallar illər ərzində yavaş-yavaş əmələ gəlir. Süxurlar və minerallar kimyəvi aşınma adlanan bir prosesdə hava, su və karbon qazı ilə reaksiyaya girir. Bu reaksiyalar otaq temperaturunda və normal təzyiqdə yavaş-yavaş baş verir və tədricən çılpaq gözlə görünməyən qədər kiçik kristallar əmələ gətirir. Yavaş olsa da, bu təbii proseslər elektronikadan tibbi cihazlara qədər müasir texnologiyalarda getdikcə daha vacib olan materiallar yaradır.

Bu cür kristal böyüməsini laboratoriya şəraitində təkrar istehsal etmək göründüyündən daha çətindir. Təbiətin əsrlər boyu işləməsi lazım olsa da, elm adamlarının nəticələrə günlərlə ehtiyacı var. Laboratoriya metodları kristalların necə əmələ gəldiyini və böyüdüyünü idarə etmək üçün tez-tez yüksək temperaturdan, güclü kimyəvi maddələrdən və ya mürəkkəb prosedurlardan istifadə edir. Xüsusilə bərk materialların içərisində mükəmməl ölçülü nanokristallar istehsal etmək xüsusilə çətindir.

İndi isə Polşa Elmlər Akademiyasının Fiziki Kimya İnstitutundan və Varşava Texnologiya Universitetindən olan tədqiqatçılar qrupu, professor Yanuş Levinskinin rəhbərliyi ilə təbiətdən ilhamlanan yeni bir yanaşma hazırlayıblar. Onların ” Nature Communications” jurnalında dərc olunmuş işi göstərir ki, geoloji hava şəraitini təqlid etmək mümkündür, lakin bu, kiçik miqyasda və daha qısa müddətdə baş verir.

Tədqiqatçılar sərt şərtlərdən istifadə etmək əvəzinə, havadakı nəmlə yumşaq reaksiya verə bilən xüsusi molekulyar kristallar hazırladılar. Onların inqilabi tam bərk vəziyyətdəki metodu, [RZn(X)]ₙ tipli molekulyar üzvi sink klasterlərindən ibarət tək kristalın içərisində sink oksidi (ZnO) kvant nöqtələrinin böyüməsinə imkan verir (burada X monoanion amidat ligandıdır).Oyna

00:00

00:15SəssizParametrlərPIPTam ekrana daxil olun

OynaHOPE tək kristallarının yarımkeçirici nanoskallı materiallara aşınmasının real vaxt rejimində vizuallaşdırılması. HOPE kristalları proses boyunca orijinal formasını və həcmini saxlayır, səthin mütərəqqi bulanıqlığı isə hidroliz göstərir və HOPE səthlərində iynəyəbənzər kristallar əmələ gətirən hidrolizlənmiş BA-H ligandlarının kristallaşması ilə müşayiət olunur. Mənbə: Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-65113-3

Əsas məsələ bu qrupların daxili quruluşundadır: həm R-Zn, həm də Zn-X rabitələri hidrolizə həssasdır. Rütubətli havaya məruz qaldıqda, bu kristallar içəridən yavaş-yavaş çevrilir. Su molekulları bərk materialın içərisində diqqətlə idarə olunan kimyəvi reaksiyaları tetikler və bu da kvant nöqtələri kimi tanınan son dərəcə kiçik ZnO hissəciklərinin əmələ gəlməsinə səbəb olur.

Diqqətəlayiq haldır ki, bu proses otaq temperaturunda və heç bir maye həlledici olmadan baş verir. Su molekulları tək kristal səthində adsorbsiya olunur və idarə olunan hidrolitik çevrilmələri tetikler. Daha sonra reaksiya hidrolizə olunan üzvi ligandlardan ibarət hidrogenlə əlaqəli üzvi matrisə daxil olur. Kristalın özü kiçik bir reaksiya kamerası kimi fəaliyyət göstərir və nanokristalların böyüməsini böyük dəqiqliklə idarə edir. Cəmi üç-dörd gün ərzində orijinal kristalın içərisində təxminən 4,5 nanometr diametrində vahid ölçülü sink oksid kvant nöqtələri əmələ gəlir.

Tədqiqatda iştirak edən doktorluq namizədi Aleksandra Borkenhagen izah edir: “Təbii geoloji proseslər illər çəksə də, bizə daha ağıllı materialların necə dizayn ediləcəyini öyrədir. Artıq oxşar transformasiyaları idarə olunan şəkildə, lakin daha kiçik miqyasda və daha sürətli şəkildə yenidən yarada bilərik”.

Daha da təəccüblüsü odur ki, kristalın xarici forması çevrilmə zamanı toxunulmaz qalır. Material dağılmadan içəridən dəyişir – təbiətdə süxurların yavaş-yavaş aşınması və ümumi formasını saxlaması kimi.Kimyəvi aşınmaya meylli molekulyar tək kristallı HOPE sistemi. Müəllif: Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-65113-3

“Müxtəlif in-situ spektroskopik və difraksiya üsullarından istifadə etməklə, biz məsaməsiz molekulyar tək kristalın rütubətli havaya məruz qalmasının üç-dörd gün ərzində aşağı dispersiyalı kvant ölçülü yarımkeçirici ZnO nanokristallarının mərhələli şəkildə əmələ gəlməsinə səbəb olduğunu nümayiş etdirdik. Təəccüblüdür ki, çoxmərhələli transformasiya kristalın ümumi morfologiyasını pozmadan davam edir və bu da kristalın qablaşdırma həndəsəsinin və hidrolizə olunan amidat ligandlarından ibarət hidrogenlə əlaqəli üzvi matrisin reaksiya yollarının idarə olunmasındakı mühüm rolunu vurğulayır”, – deyə Dr. İvona Yustyniak əlavə edir.

Komanda həmçinin göstərdi ki, yeni əmələ gələn nanokristallar daha sonra nəzarətli şəraitdə bərk materialdan ayrıla bilər və bu da təmiz, dəqiq ölçülü kvant nöqtələrinə çıxışı təmin edir.

Təbiətdən ilhamlanan bu metod, qabaqcıl nanomaterialların daha sadə və daha dayanıqlı şəkildə istehsalı üçün yeni imkanlar açır. Geologiyadan öyrənərək, elm adamları həddindən artıq temperatur və ya zərərli kimyəvi maddələrə etibar etmədən elektronika, sensorlar və enerji texnologiyaları üçün yeni nəsil materiallar dizayn edə bilərlər.

Bəzən ən yaxşı fikirlər sadəcə təbiətin necə işlədiyini izləməkdən irəli gəlir.

Nəşr detalları

Aleksandra Borkenhagen və digərləri, Molekulyar tək kristalların kvant nöqtələrinin monolitlərinə kimyəvi aşınması, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-65113-3

Jurnal məlumatları: Nature Communications 

Əsas anlayışlar

rentgen difraksiyasıKristal sistemlərNanostrukturlarKvant nöqtələri

Polşa Elmlər Akademiyası tərəfindən təmin edilib