(١)
تتكون المواد ثنائية الأبعاد"2D Materials" من طبقة واحدة من الذرات.
تعد من أهم أنواع المواد النانومترية لتنوع خصائصها ولتزايد القدرة على التحكم بها، بالإضافة إلى كثرة تطبيقاتها.
الباحثون في الفيزياء والكيمياء وعلم المواد يتعاونون عن قرب في دراسة هذه المواد الحافلة بالمفاجآت!🤩
تتكون المواد ثنائية الأبعاد"2D Materials" من طبقة واحدة من الذرات.
تعد من أهم أنواع المواد النانومترية لتنوع خصائصها ولتزايد القدرة على التحكم بها، بالإضافة إلى كثرة تطبيقاتها.
الباحثون في الفيزياء والكيمياء وعلم المواد يتعاونون عن قرب في دراسة هذه المواد الحافلة بالمفاجآت!🤩
(٢)
أشهر هذه المواد هو الجرافين: طبقة واحدة من ذرات الكربون. يمكن إنتاجه عن طريق عزل طبقة واحدة من كرستالة الجرافيت (قلم الرصاص).
حصل الفيزيائيّان Geim و Novoselov على جائزة نوبل 2010 لِعزل ودراسة الجرافين، وبعدها تزايد اهتمام العلماء بالبحث عن مواد أخرى غير الجرافين.
أشهر هذه المواد هو الجرافين: طبقة واحدة من ذرات الكربون. يمكن إنتاجه عن طريق عزل طبقة واحدة من كرستالة الجرافيت (قلم الرصاص).
حصل الفيزيائيّان Geim و Novoselov على جائزة نوبل 2010 لِعزل ودراسة الجرافين، وبعدها تزايد اهتمام العلماء بالبحث عن مواد أخرى غير الجرافين.
(٣)
للجرافين توليفة من الخصائص التي لم تجتمع في أي مادة أخرى.
قوة ومرونة ميكانيكية عالية!
توصيل كهربائي وحراري عالي!
عدم نفاذية مطلقة! (لا يستطيع أي غاز اختراق الجرافين)
شفافية ضوئية عالية! (٩٧٪ من الضوء المرئي الساقط على الجرافين يعبر من خلاله)
وغيرها الكثير...
للجرافين توليفة من الخصائص التي لم تجتمع في أي مادة أخرى.
قوة ومرونة ميكانيكية عالية!
توصيل كهربائي وحراري عالي!
عدم نفاذية مطلقة! (لا يستطيع أي غاز اختراق الجرافين)
شفافية ضوئية عالية! (٩٧٪ من الضوء المرئي الساقط على الجرافين يعبر من خلاله)
وغيرها الكثير...
(٤)
وبسبب هذه التوليفة، يسعى الباحثون إلى استخدام الجرافين في الإلكترونيات المرنة، الترانزستورات، الضوئيات، توليد وتخزين الطاقة، المستشعرات والتطبيقات الحيوية.
نجح الباحثون في تحقيق بعض من هذه التطبيقات 👍 ومازالوا يسعون حثيثا للوصول لبقية التطبيقات الممكنة.
وبسبب هذه التوليفة، يسعى الباحثون إلى استخدام الجرافين في الإلكترونيات المرنة، الترانزستورات، الضوئيات، توليد وتخزين الطاقة، المستشعرات والتطبيقات الحيوية.
نجح الباحثون في تحقيق بعض من هذه التطبيقات 👍 ومازالوا يسعون حثيثا للوصول لبقية التطبيقات الممكنة.
(٥)
الجدير بالذكر أن للجرافين إلكترونات تتصرف وكأنها بدون كتلة! 🤯 تُعرف ب"Massless Dirac Fermions"
ومن أغرب نتائج هذه الخاصية حصول ظاهرة ال"Klein tunneling" التي تعني النفاذية الدائمة للإلكترونات بغض النظر عن مقدار حاجز الجهد. وهذا معاكس لما يحدث في الجسيمات الكمية غير النسبية
الجدير بالذكر أن للجرافين إلكترونات تتصرف وكأنها بدون كتلة! 🤯 تُعرف ب"Massless Dirac Fermions"
ومن أغرب نتائج هذه الخاصية حصول ظاهرة ال"Klein tunneling" التي تعني النفاذية الدائمة للإلكترونات بغض النظر عن مقدار حاجز الجهد. وهذا معاكس لما يحدث في الجسيمات الكمية غير النسبية
(٦)
ثاني أشهر عائلة بين المواد ثنائية الأبعاد تسمى ب"Transition Metal Dichalcogenides"، اختصارا TMDs (تي ام ديز) وهي مكونة من ذرات الكالكوجينات والعناصر الانتقالية.
الصيغة الكيميائية لها هي MX2. حيث أن M ترمز إلى ذرة واحدة من العناصر الانتقالية، وX2 ترمز إلى ذرتين من الكالكوجينات
ثاني أشهر عائلة بين المواد ثنائية الأبعاد تسمى ب"Transition Metal Dichalcogenides"، اختصارا TMDs (تي ام ديز) وهي مكونة من ذرات الكالكوجينات والعناصر الانتقالية.
الصيغة الكيميائية لها هي MX2. حيث أن M ترمز إلى ذرة واحدة من العناصر الانتقالية، وX2 ترمز إلى ذرتين من الكالكوجينات
(٧)
أفراد هذه العائلة كثيرون جداً، ولكنهم يتميزون بتنوع خصائصهم.
فمنهم الموصل وشبه الموصل والموصل الفائق، والمغناطيسي وغير المغناطيسي، والكثير من الخصائص الأخرى.
يسعى الباحثون لاستخدام هذه العائلة في التطبيقات الكهروضوئية والمستشعرات والتحفيز والخلايا الشمسية والبطاريات.
أفراد هذه العائلة كثيرون جداً، ولكنهم يتميزون بتنوع خصائصهم.
فمنهم الموصل وشبه الموصل والموصل الفائق، والمغناطيسي وغير المغناطيسي، والكثير من الخصائص الأخرى.
يسعى الباحثون لاستخدام هذه العائلة في التطبيقات الكهروضوئية والمستشعرات والتحفيز والخلايا الشمسية والبطاريات.
(٨)
هناك الكثير من الأمثلة الأخرى المتفرقة على المواد ثنائية الأبعاد مثل الفسفورين وبورون النيتروجين السداسي.
ومازال العدد في تزايد مستمر بمساهمات الفيزياء الحسابية في توقع المواد المناسبة لعزل طبقة واحدة منها، بالإضافة إلى تطور الطرق الفيزيائية والكيميائية لتحضير هذه المواد.
هناك الكثير من الأمثلة الأخرى المتفرقة على المواد ثنائية الأبعاد مثل الفسفورين وبورون النيتروجين السداسي.
ومازال العدد في تزايد مستمر بمساهمات الفيزياء الحسابية في توقع المواد المناسبة لعزل طبقة واحدة منها، بالإضافة إلى تطور الطرق الفيزيائية والكيميائية لتحضير هذه المواد.
(٩)
أيضا من خصائص المواد ثنائية الأبعاد هو اكتمال توزيعها الإلكتروني، وهذا يعني عدم وجود روابط متدلّية.
هذه الخاصية تتيح لنا إمكانية رص المواد ثنائية الأبعاد فوق بعضها بسهولة كالطبقات. وبهذا يمكننا الاستفادة من الخصائص الفريدة التي تتميز بها كل مادة.
أيضا من خصائص المواد ثنائية الأبعاد هو اكتمال توزيعها الإلكتروني، وهذا يعني عدم وجود روابط متدلّية.
هذه الخاصية تتيح لنا إمكانية رص المواد ثنائية الأبعاد فوق بعضها بسهولة كالطبقات. وبهذا يمكننا الاستفادة من الخصائص الفريدة التي تتميز بها كل مادة.
(١٠)
عندما نرُص هذه الطبقات من المواد ثنائية الأبعاد، تسمى المادة المركبة الجديدة ب "van der Waals heterostructures"
سميت بهذا الاسم لأن الطبقات تترابط ببعضها نتيجة تفاعلات van der Waals، وهذا مجال منتشر وواعد !
عندما نرُص هذه الطبقات من المواد ثنائية الأبعاد، تسمى المادة المركبة الجديدة ب "van der Waals heterostructures"
سميت بهذا الاسم لأن الطبقات تترابط ببعضها نتيجة تفاعلات van der Waals، وهذا مجال منتشر وواعد !
(١١)
والآن... لندع السحر يحدث :)
عند رص مادتين ثنائيتيّ الأبعاد وتدوير إحداهما بالنسبة للأخرى، تتولد خصائص جديدة لم تكن موجودة في المادتين الأصليتين! مثلًا عند تدوير طبقتين من الجرافين فإنها قد تصبح موصلة فائقة وعازلة من نوع خاص، وطوبولوجية من نوع جديد.
والآن... لندع السحر يحدث :)
عند رص مادتين ثنائيتيّ الأبعاد وتدوير إحداهما بالنسبة للأخرى، تتولد خصائص جديدة لم تكن موجودة في المادتين الأصليتين! مثلًا عند تدوير طبقتين من الجرافين فإنها قد تصبح موصلة فائقة وعازلة من نوع خاص، وطوبولوجية من نوع جديد.
(١٢)
مفهوم التدوير يُمثل مجالًا جديدًا من فيزياء الحالة المكثفة "Condensed Matter Physics"، وفيه نشاط كبير في الوقت الحالي، نُسميه:
"تدوير طبقات المواد ثنائية الأبعاد" أو "Twisted 2D Materials"
سنتحدث في المستقبل عن هذا المجال بشكل خاص... تابعونا 🙏
-انتهى-
مفهوم التدوير يُمثل مجالًا جديدًا من فيزياء الحالة المكثفة "Condensed Matter Physics"، وفيه نشاط كبير في الوقت الحالي، نُسميه:
"تدوير طبقات المواد ثنائية الأبعاد" أو "Twisted 2D Materials"
سنتحدث في المستقبل عن هذا المجال بشكل خاص... تابعونا 🙏
-انتهى-
جاري تحميل الاقتراحات...