ساخت مواد با روشی انقلابی: گرمایش فلاش، آینده تولید پایدار

دگرگونی در ساخت مواد با روش نوین گرمایش جولی

آزمایشگاه جیمز تور در دانشگاه رایس، یه روش نوینی رو معرفی کرده به اسم گرمایش فلاش در فلاش (FWF). این روش می‌تونه فرآیند ساخت مواد جامدِ باکیفیت رو زیر و رو کنه و یه روش تولیدی پاک‌تر، سریع‌تر و پایدارتر رو ارائه بده. این یافته‌ها توی تاریخ ۸ آگوست توی نشریه Nature Chemistry منتشر شد.

به طور سنتی، ساخت مواد جامد یه فرآیند زمان‌بر و پرهزینه از لحاظ انرژی بوده و معمولاً با تولید مواد جانبیِ مضر همراه بوده. اما روش FWF امکان تولید مقادیر گرمی از ترکیبات مختلف رو توی عرض چند ثانیه فراهم می‌کنه و در عین حال مصرف انرژی، آب و انتشار گازهای گلخانه‌ای رو بیش از ۵۰ درصد کم می‌کنه و یه استاندارد جدید برای تولید پایدار تعیین می‌کنه.

این پژوهشِ نوین بر پایه‌ی کارهای قبلی تور توی سال ۲۰۲۰ برای از بین بردن زباله‌ها و بازیافت با استفاده از گرمایش جولی-فلاش بنا شده. توی این روش جریان برق از یه ماده با مقاومت متوسط عبور داده می‌شه که باعث می‌شه اون ماده به سرعت تا بیش از ۳۰۰۰ درجه سانتی‌گراد (بیشتر از ۵۰۰۰ درجه فارنهایت) داغ بشه و به مواد دیگه تبدیل بشه.

تور، که استاد شیمی و استاد علم مواد و مهندسی نانو هست، درباره این موضوع گفت: «نکته‌ی کلیدی اینه که قبلاً ما فقط کربن و چند ترکیب دیگه که می‌تونستن هادی باشن رو فلاش می‌کردیم. حالا می‌تونیم بقیه‌ی جدول تناوبی رو هم به صورت فلاش بسازیم. این یه پیشرفت خیلی بزرگه.»

موفقیتِ FWF به خاطر توانایی‌اش توی غلبه بر محدودیت‌های هادی بودن توی روش‌های سنتی گرمایش جولی-فلاشه. تیم تحقیقاتی، که شامل دانشجویان دکترا و متخصصای دیگه می‌شد، دنبال راه‌های نوآورانه‌ای برای بهتر کردن این فرآیند هستن.

تحولی توی ساخت مواد با روش FWF

دانشجو چی هون «ویل» چوی و نویسنده مسئول، یعنی ییمو هان، که استادیار شیمی، علم مواد و مهندسی نانو هست، یه ظرف حرارتیِ بیرونی با محتوای کُک متالورژیکی و یه راکتور داخلیِ نیمه‌بسته با مواد مورد نیاز رو طراحی کردن. روش FWF با تولید گرمای شدید حدود ۲۰۰۰ درجه سانتی‌گراد، مواد مورد نیاز رو به سرعت تبدیل به مواد باکیفیت می‌کنه.

طبق این مطالعه، این رویکرد جدید امکان ساخت بیش از ۲۰ ماده‌ی منحصر به فرد و گزینشی رو با خلوص و پایداری بالا فراهم می‌کنه. انعطاف‌پذیری و قابلیت گسترش FWF برای تولید مواد نیمه‌رسانای نسل آینده، مثل دی‌سلنید مولیبدن (MoSe2)، دی‌سلنید تنگستن و دی‌سلنید ایندیم فاز آلفا که ساختشون به روش‌های سنتی سخته، خیلی خوبه.

چوی گفت: «برخلاف روش‌های سنتی، FWF نیازی به اضافه کردن عامل‌های رسانا نداره، که این باعث می‌شه ناخالصی‌ها و مواد جانبی کمتری تولید بشن.» این پیشرفت فرصت‌های جدیدی توی زمینه‌های الکترونیک، کاتالیز، انرژی و تحقیقات بنیادی ایجاد می‌کنه. همچنین، یه راه‌حل پایدار برای تولید انواع مختلف مواد ارائه می‌ده.

علاوه بر این، FWF پتانسیل یه انقلاب توی صنایعی مثل هوافضا رو داره، جایی که موادی مثل MoSe2 که با FWF تولید شدن، به عنوان روان‌کننده‌های حالت جامد عملکرد فوق‌العاده‌ای نشون می‌دن.

هان در این باره گفت: «FWF یه تغییرِ متحول‌کننده توی ساخت مواد به حساب میاد. این روش با ارائه‌ی یه روشِ مقیاس‌پذیر و پایدار برای تولید مواد با کیفیت بالا، موانع تولید رو برطرف کرده و راه رو برای یه آینده‌ی تمیزتر و کارآمدتر هموار می‌کنه.»