طلا در ابعاد نانو: انقلابی در کاتالیزورها و الکترونیک!

پیشرفت‌های نوین در ساخت ورقه‌های نازک دو بعدی طلا با ساختارهای نانو

ورقه‌های نازک دو بعدی طلا که به صورت نانو‌ساختار شده‌اند، افق‌های تازه‌ای را در حوزه‌های کاتالیزوری، الکترونیک و فناوری نانو گشوده‌اند. پژوهشگران قدم بزرگی برداشته و موفق به تولید ورقه‌های نازک طلای دو بعدی شده‌اند که تقریباً به طور مستقل و بدون نیاز به تکیه‌گاه خاصی، پابرجا هستند. این نوآوری در مهندسی مواد در مقیاس نانو بی‌نظیر است و می‌تواند مسیرهای جدیدی را در کاتالیزورها، الکترونیک و همچنین در زمینه‌ی تبدیل انرژی باز کند.

طلا یک فلز نسبتاً بی‌اثر است که معمولاً در ساختارهای سه‌بعدی (3D) پایدار است. با این حال، در فرم دو بعدی، می‌تواند ویژگی‌های بسیار ویژه‌ای از خود بروز دهد؛ مانند رفتارهای الکترونیکی استثنایی، واکنش‌پذیری سطحی بالا و همچنین قابلیت‌های بالقوه بسیار زیاد برای کاربردهای اساسی و انقلابی در کاتالیزورها و الکترونیک پیشرفته.

یکی از مشکلات همیشگی در تولید ورقه‌های نازک دو بعدی طلا، ثابت نگه داشتن پیوندهای فلزی هم‌جهت در فرم‌های کاملاً دو بعدی بوده است. برای حل این چالش، تیم تحقیقاتی از دانشگاه‌های لوند و هوکایدوی ژاپن از یک رویکرد خلاقانه به نام «روش از پایین به بالا» همراه با محاسبات بسیار دقیق استفاده کردند. این روش امکان تولید ورقه‌های طلای بزرگ در مقیاس ماکروسکوپی با الگوهای نانوساختاری منحصر به فرد، پایداری حرارتی قابل توجه و همچنین قابلیت کاتالیزوری چشمگیر را فراهم کرد.

این تیم، ورقه‌های طلا را بر روی یک لایه زیرین از جنس ایریدیوم پرورش دادند و اتم‌های بور را در مرز بین طلا و ایریدیوم قرار دادند. این تکنیک نوآورانه منجر به تولید ورقه‌های منو اتمی و معلق از جنس طلا شد که دارای ساختار شش‌ضلعی با الگوهای مثلثی در مقیاس نانو بودند. افزودن بور به پایداری و یکپارچگی ساختاری ورقه‌های طلا کمک شایانی کرد و باعث شد تا نانوساختارها به شکل دلخواه درآیند.

تحقیقات جدید در مورد فیلم‌های طلا و کاربردهای احتمالی آن‌ها

دکتر الکسی پریوبراجنسکی از آزمایشگاه MAX IV دانشگاه لوند و یکی از نویسندگان اصلی این تحقیق، توضیح می‌دهد: «آسانی در تولید و همچنین پایداری حرارتی فیلم‌های طلای به‌دست‌آمده، اهمیت بسیار زیادی دارد و آن‌ها را به بستری مناسب برای مطالعات بیشتر در مورد خواص بنیادی فلزات دو بعدی و همچنین پتانسیل‌های آن‌ها برای کاربردهای متنوع در الکترونیک و نانوتکنولوژی تبدیل می‌کند.»

به منظور بررسی دقیق خواص ساختاری و الکترونیکی فیلم‌های طلا، از روش‌های پیشرفته‌ای مانند میکروسکوپ تونل‌زنی روبشی (STM) و آنالیز طیف‌سنجی اشعه ایکس استفاده شد. آنالیزها تأیید کردند که وارد کردن بور باعث آسان‌تر شدن تبدیل از پیوند فلزی سه‌بعدی به پیوند عمدتاً دو بعدی می‌شود که رفتار الکترونیکی لایه‌های طلا را به طور اساسی دگرگون می‌کند. این تغییر بر ماهیت منحصر به فرد فیلم‌های سنتز شده تأکید دارد، زیرا روش‌های معمول سنتی معمولاً قادر به حفظ شکل پایدار فلز دو بعدی نیستند و در عوض به ساختارهای کوچک یا ناپایدار ختم می‌شوند.

توانایی ایجاد لایه‌های فلزی پایدار و تقریباً آزاد در سطح وسیع، پیامدهای گسترده‌ای دارد. دکتر آندری لیالین، استادیار دانشکده علوم دانشگاه هوکایدو و یکی دیگر از نویسندگان این مطالعه، می‌گوید: «این تحقیق مسیرهایی را برای آزمایش نظریه‌ها و همچنین بررسی بیشتر پتانسیل کاربردهای فلزات دو بعدی در حوزه‌های گوناگون، از جمله کاتالیزوری و تبدیل انرژی، هموار می‌کند.»

با پرداختن به چالش‌های موجود در پایدارسازی مواد فلزی دو بعدی، این مطالعه به درک رو به رشد مواد دو بعدی کمک می‌کند و همچنین زمینه را برای کاربردهای بالقوه فناوری فراهم می‌کند.

“`