Uurijad esitasid aruande laia ulatusega eksperimentidest, näidates, et nende protsessi on võimalik kasutada, valmistamaks „raamatukogu ainetest koos suure kontrolliga koostise ja struktuuri üle“. Teadlased ehitasid struktuure pea igast perioodilisustabelis olevast metallist. Lisanduva keemia abil on nad ka võimelised „häälestama“ pooride mõõtmeid ulatuses 10 kuni 500 nanomeetrit. Nad valmistasid ka metalliga täidetud kvartsist nanoosakesi, mis on piisavalt väikesed, et inimese poolt sisse söömiseks ja eritamiseks, mis viitab võimalikele biomeditsiinilistele rakendustele. Wiesneri teadlaste meeskond on tuntud ka „Cornelli punktide“ loomise tõttu, mis suruvad kvartsi nanoosakestesse kokku värvaineid. Seega on sool-geeli protsessi võimalikuks tulevaseks rakenduseks on ehitada Graetzeli päikesepataresid, mis sisaldavad valgustundlikke värvaineid. Rekordilise elektrijuhtivuse mõõtmine viidi läbi artikli kaasautori Michael Graetzeli laboratooriumis.
“Häälestatavad” metalli nanostruktuurid kütuseelementide, akude ja päikeseenergia salvestamise tarbeks
Kütuseelementide ja akudes olevate elektroodide jaoks tahaksid insenerid toota poorseid metallkilesid, et võimaldada pinnaalal keemiliste reaktsioonide toimumist. Samuti võiksid metallkiled olla ülihästi elektrit juhtivad selleks, et elektrit laiali kanda, kuid see on osutunud pettumust valmistavaks väljakutseks.
Cornelli keemikud arendasid nüüd välja meetodi, kuidas valmistada kuni 1000 korda eelnevate meetoditega tehtutest parema elektrijuhtivusega poorseid metallkilesid. Lisaks avab nende tehnika uurijate sõnul ukse erinevate metallist nanostruktuuride loomisele ehituse ja biomeditsiiniliste rakenduste tarbeks. Mitme aasta vältel tehtud katsete tulemusi kirjeldatakse teadusajakirja Nature Materials internetiväljaandes, vahendab Phys.org.
Oleme jõudnud enneolematu tasemeni tulemuseks olevate ainete koostise, nanostruktuuri ja funtsionaalsuse, näiteks elektrijuhtivuse, kontrollimises. Seda oleme saavutanud lihtsa sega-ja-kuumuta lähenemise abil „ühes potis“, sõnas uurimustöö vanemautor Ulrich Wiesner.
Keemiku jaoks näeb see välja nõnda: 3-isocyanatopropyltriethoxysilane (ICPTS) liitub aminohappega, mis omakorda haarab metallatsetaadis leiduva metalliooni („M“ esindab iga valitud metalli), jättes maha äädikhappe. Nendele struktuuridele mõeldes tekkis uurija Scott Warrenil Ahhaa!-moment.
Uus meetod põhineb keemikutele tuttava „sool-geel“ protsessil. Teatud räniühendid kogunevad lahustitega segatuna ise räni dioksiidi struktuuriks ehk klaasiks, millel on kärgjate nanomeetri skaalas poorid. Uurijate jaoks oli väljakutseks metalli lisamine, et valmistada poorne elektrit juhtiv struktuur.
Umbes 10 aastat tagasi proovis Wiesneri uurimustöö meeskond koostöös Cornelli Kütuseelemendi Instituudiga rakendada sool-geel protsessis katalüsaatoreid, mis tõmbavad kütuse molekulidest prootoneid, et toota elektrit. Teadlased vajasid aineid, mis läbiksid kõrgvoolu, kuid rohkem kui väikese koguse metalli lisamine häiris Scott Warreni sõnul sool-geel protsessi.
Warren, kes oli toona doktorant, tuli ideele kasutada aminohapet metalli aatomite ühendamiseks kvartsi molekulidega, sest ta taipas, et amonohappe molekuli ühel otsal on vastastikune tõmme kvartsiga ja teisel otsal metallidega. „Kui oleks leidnud viis ühendamaks metalli kvartsi sool-geel eelkäijaga, saaksime ennetada faasi eraldumist, mis häiris ise-kogunemise protsessi,“ väitis ta.
Kohene tulemus on metalli, kvartsi ja süsiniku nanostruktuur, milles on palju rohkem metalli kui eelnevalt võimalik oli. See tõstab suuresti struktuuri elektrijuhtivust. Kvartsi ja süsinikku on võimalik eemaldada, jättes järele poorse metalli. Kvarts-metall struktuur aga hoiaks Warreni sõnul oma kuju mõnedes kütuseelementides esinevatel kõrgetel temperatuuridel. Vaid kvartsi eemaldamine, et saada süsinik-metalli struktuuri, pakuks aga teisi võimalusi, sealhulgas suuremaid poore.
Leave a Reply