دانشمندان موفق به ایجاد «الماس متخلخل» شدند

طبق گزارشی از خبرگزاری خبرآنلاین و منبع زومیت، الماس به عنوان یکی از مستحکم‌ترین و پایدارترین مواد موجود در طبیعت شناخته می‌شود، اما ساختار فشرده‌اش برخی محدوده‌ها را برای کاربردهای خاص و پیشرفته ایجاد می‌کند. به تازگی، دانشمندان موفق به طراحی نوع جدیدی از ساختار کربنی شده‌اند که قادر است به تغییر مرزهای میان الماس و مواد پیشرفته کربنی بپردازد.

این ماده نوظهور که به نام الماس متخلخل شناخته می‌شود، ظاهری مشابه با الماس دارد، با این حال برخلاف الماس سنتی، درون آن شبکه‌ای از حفره‌های ریز وجود دارد. این ویژگی به آن امکان فراهم می‌آورد که در کنار استحکام و پایداری بی‌نظیر الماس، قابلیت‌هایی چون ذخیره‌سازی مولکول‌ها و تعامل بیشتر با سایر مواد را نیز داشته باشد.

کربن به عنوان یکی از متنوع‌ترین عناصر در جهان، می‌تواند ساختارهای بسیار متفاوتی را شکل دهد. الماس و گرافن نمونه‌های معروفتری از این مواد کربنی هستند که هرکدام دارای ویژگی‌های خاص خود می‌باشند.

در الماس، اتم‌های کربن در یک شبکه سه‌بعدی فشرده قرار گرفته‌اند که همین ساختار سبب ایجاد سختی فوق‌العاده، مقاومت شیمیایی بالا و انتقال گرما به طور مؤثر می‌شود. در عوض، گرافن به صورت یک لایه دوبعدی از اتم‌های کربن شکل گرفته و به واسطه استحکام زیاد، وزن پایین و ویژگی‌های الکتریکی منحصر به فردش، در عرصه‌های مختلف فناوری توجه زیادی را به خود جلب کرده است.

پژوهشگران به مدت سال‌ها در پی طراحی موادی بوده‌اند که بتوانند هم‌زمان بخشی از ویژگی‌های این دو ماده را به نمایش بگذارند. به گزارش آی‌اف‌ال‌ساینس، تیمی از محققان دانشگاه گوتنبرگ و دانشگاه صنعتی چالمرز در سوئد موفق به خلق ساختار جدیدی از کربن شدند که از منظر آرایش اتمی به الماس شباهت دارد، اما با الماس معمولی از حیث فشردگی تفاوت دارد.

در این ماده نوین، اتم‌های کربن یک شبکه سه‌بعدی منظم شکل می‌دهند، ولی در درون این ساختار کانال‌ها و فضاهای خالی بسیار ریزی وجود دارد. این تخلخل، خصوصیتی است که در الماس طبیعی وجود ندارد.

این ماده جدید می‌تواند همچنین به نرمش و پایداری الماس افزوده باشد و ویژگی‌های مفیدی چون ذخیره‌سازی مولکول‌ها و کاربرد در زمینه‌های انرژی و شیمیایی را به همراه داشته باشد.

ایجاد ساختار متخلخل کار آسانی نیست، چرا که اتم‌های کربن در شرایط مختلف به شکل‌های مختلفی نظیر گرافیت یا الماس منظم می‌شوند. محققان با بهره‌گیری از روش‌های شیمیایی خاص توانستند اتم‌ها را به سمت فرایند تشکیل این شبکه کربنی جدید راهنمایی کنند.

وجود حفره‌های داخلی به این ماده اجازه می‌دهد تا مولکول‌ها را در خود جای دهد یا عبور آن‌ها را تسهیل کند. این ویژگی در موادی که برای ذخیره‌سازی، جداسازی یا واکنش‌های شیمیایی استفاده می‌شوند، حائز اهمیت به‌شمار می‌آید. به عنوان مثال، چنین ساختارهایی ممکن است در آینده برای ذخیره گازها، طراحی کاتالیزورهای شیمیایی، فن‌آوری‌های انرژی و حسگرهای پیشرفته مورد بررسی قرار گیرند.

علاوه بر این، حفظ ویژگی‌های الماس مانند پایداری بالا و مقاومت مکانیکی می‌تواند این ماده را از سایر مواد متخلخل رایج متمایز نماید. پژوهشگران این ساختار را جزئی از نسل نوین مواد کربنی تلقی می‌کنند که سعی دارند خصوصیات چند ماده معروف را در یک شبکه واحد ترکیب کنند.

الماس متخلخل هنوز در فاز پژوهشی قرار دارد و مشخص نیست که تولید آن به صورت صنعتی چقدر عملی خواهد بود. دانشمندان باید عواملی نظیر پایداری، هزینه تولید و عملکرد واقعی این ماده را در کاربردهای مختلف مورد مطالعه قرار دهند. با این حال، ساخته شدن این ماده نشان‌دهنده این است که خانواده کربن همچنان ظرفیت خلق ساختارهای نوآورانه‌ای را دارد که ممکن است ویژگی‌هایی فراتر از مواد کربنی شناخته شده امروزی به آن افزوده شود.

این تحقیق در ژورنال PNAS منتشر شده است.

۲۲۷۲۲۷