கடன்: அமெரிக்க கெமிக்கல் சொசைட்டியின் ஜர்னல் (2024) DOI: 10.1021/jacs.4c08558
ஒரு ஜோடி சிதைந்த மூலக்கூறு கட்டமைப்புகளை ஒன்றிணைப்பதன் மூலம், கார்னெல் ஆராய்ச்சியாளர்கள் ஒரு நுண்ணிய படிகத்தை உருவாக்கியுள்ளனர், இது லித்தியம்-அயன் எலக்ட்ரோலைட்டுகளை உறிஞ்சி அவற்றை ஒரு பரிமாண நானோ சேனல்கள் வழியாக சீராக கொண்டு செல்ல முடியும் – இது பாதுகாப்பான திட-நிலை லித்தியம் அயன் பேட்டரிகளுக்கு வழிவகுக்கும்.
“வேகமான லித்தியம்-அயன் போக்குவரத்துக்கான ஃப்யூஸ்டு மேக்ரோசைக்கிள்-கேஜ் மூலக்கூறுகளின் சூப்பர்மாலிகுலர் அசெம்பிளி” என்ற குழுவின் கட்டுரை வெளியிடப்பட்டது. அமெரிக்க கெமிக்கல் சொசைட்டியின் ஜர்னல். முன்னணி எழுத்தாளர் யுஷே வாங்.
கார்னெல் இன்ஜினியரிங்கில் மெட்டீரியல் சயின்ஸ் மற்றும் இன்ஜினியரிங் உதவிப் பேராசிரியரும், காகிதத்தின் மூத்த ஆசிரியருமான யு ஜாங் இந்த திட்டத்திற்கு தலைமை தாங்கினார், அதன் ஆய்வகம் ஆற்றல் சேமிப்பு மற்றும் நிலைத்தன்மை தொழில்நுட்பங்களை மேம்படுத்தக்கூடிய மென்மையான மற்றும் நானோ அளவிலான பொருட்களை ஒருங்கிணைப்பதில் நிபுணத்துவம் பெற்றது.
இரண்டு ஆண்டுகளுக்கு முன்பு கார்னலின் ஆசிரியப் பிரிவில் ஜாங் சேர்ந்தார், அவர் தனது இளநிலைப் படிப்பைத் தொடங்கும் இளங்கலை இடமாற்ற மாணவர் வாங் அவரைத் தொடர்புகொண்டார், அவர் ஆராய்ச்சித் திட்டத்தை மேற்கொள்வதில் ஆர்வமாக இருந்தார்.
Zhong இன் சாத்தியமான தலைப்புகளின் பட்டியலில் மேலே ஒரு பாதுகாப்பான லித்தியம்-அயன் பேட்டரியை உருவாக்குவதற்கான வழியைக் கண்டறிந்தது. வழக்கமான லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளில், அயனிகள் திரவ எலக்ட்ரோலைட்டுகள் வழியாக இணைக்கப்படுகின்றன. ஆனால் திரவ எலக்ட்ரோலைட்டுகள் பேட்டரியின் அனோட் மற்றும் கேத்தோடிற்கு இடையே ஸ்பைக்கி டென்ட்ரைட்டுகளை உருவாக்கலாம், இது பேட்டரியை சுருக்கி, அல்லது அரிதான சந்தர்ப்பங்களில் வெடிக்கும்.
ஒரு திட-நிலை பேட்டரி பாதுகாப்பானதாக இருக்கும், ஆனால் அது அதன் சொந்த சவால்களுடன் வருகிறது. அயனிகள் திடப்பொருட்களின் மூலம் மெதுவாக நகரும், ஏனெனில் அவை அதிக எதிர்ப்பை எதிர்கொள்கின்றன. ஒரு புதிய படிகத்தை வடிவமைக்க ஜாங் விரும்பினார், அது அயனிகள் ஒருவித பாதையில் செல்லக்கூடிய அளவுக்கு நுண்துளைகள் கொண்டது. லித்தியம் அயனிகளுக்கும் படிகத்திற்கும் இடையில் பலவீனமான தொடர்புகளுடன் அந்த பாதை மென்மையாக இருக்க வேண்டும், எனவே அயனிகள் ஒட்டாது. மேலும் படிகமானது அதிக அயனி செறிவை உறுதிப்படுத்த போதுமான அயனிகளை வைத்திருக்க வேண்டும்.
வாங் வேலைக்குச் சென்று, நிரப்பு வடிவங்களைக் கொண்ட இரண்டு விசித்திரமான மூலக்கூறு கட்டமைப்புகளை ஒன்றாக இணைக்கும் முறையை உருவாக்கினார்: மேக்ரோசைக்கிள்கள் மற்றும் மூலக்கூறு கூண்டுகள். மேக்ரோசைக்கிள்கள் 12 அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட அணுக்களின் வளையங்களைக் கொண்ட மூலக்கூறுகளாகும், மேலும் மூலக்கூறு கூண்டுகள் அவற்றின் பெயரை அதிகமாகவோ அல்லது குறைவாகவோ ஒத்த பல வளைய கலவைகள் ஆகும்.
“மேக்ரோசைக்கிள்கள் மற்றும் மூலக்கூறு கூண்டுகள் இரண்டும் உள்ளார்ந்த துளைகளைக் கொண்டுள்ளன, அங்கு அயனிகள் உட்கார்ந்து கடந்து செல்ல முடியும்” என்று வாங் கூறினார். “அவற்றை நுண்ணிய படிகங்களுக்கான கட்டுமானத் தொகுதிகளாகப் பயன்படுத்துவதன் மூலம், படிகமானது அயனிகளைச் சேமிப்பதற்கான பெரிய இடங்களையும், அயனிகள் கொண்டு செல்வதற்கு ஒன்றோடொன்று இணைக்கப்பட்ட சேனல்களையும் கொண்டிருக்கும்.”
வாங் கூறுகளை ஒன்றாக இணைத்தார், மையத்தில் ஒரு மூலக்கூறு கூண்டு மற்றும் இறக்கைகள் அல்லது கைகள் போன்ற மூன்று மேக்ரோசைக்கிள்கள் கதிரியக்கமாக இணைக்கப்பட்டன. இந்த மேக்ரோசைக்கிள்-கூண்டு மூலக்கூறுகள் ஹைட்ரஜன் பிணைப்புகள் மற்றும் அவற்றின் ஒன்றோடொன்று இணைந்த வடிவங்களைப் பயன்படுத்தி நானோபோரஸ் கொண்ட நானோபோரஸ் கொண்ட பெரிய, மிகவும் சிக்கலான, முப்பரிமாண படிகங்களாக சுய-அசெம்பிள் செய்ய ஒரு பரிமாண சேனல்களுடன் – “அயனியை கொண்டு செல்வதற்கான சிறந்த பாதை” என்று ஜாங் கூறுகிறார். – இது 8.3 × 10 வரை அயனி கடத்துத்திறனை அடைகிறது-4 ஒரு சென்டிமீட்டருக்கு சீமென்ஸ்.
“அந்த கடத்துத்திறன் இந்த மூலக்கூறு அடிப்படையிலான, திட-நிலை லித்தியம்-அயன்-கடத்தும் எலக்ட்ரோலைட்டுகளுக்கு சாதனையாக உள்ளது” என்று ஜாங் கூறினார்.
ஆராய்ச்சியாளர்கள் தங்கள் படிகத்தைப் பெற்றவுடன், அதன் ஒப்பனையை அவர்கள் நன்றாகப் புரிந்து கொள்ள வேண்டும், எனவே அவர்கள் அதன் கட்டமைப்பை ஆராய ஸ்கேனிங் டிரான்ஸ்மிஷன் எலக்ட்ரான் மைக்ரோஸ்கோபியைப் பயன்படுத்திய மெட்டீரியல் சயின்ஸ் மற்றும் இன்ஜினியரிங் பேராசிரியரான ஜூடி சா, பிஎச்.டி. மற்றும் உதவியாளர் ஜிங்ஜி யோ ஆகியோருடன் ஒத்துழைத்தனர். இயந்திரவியல் மற்றும் விண்வெளி பொறியியல் பேராசிரியர், அதன் உருவகப்படுத்துதல்கள் மூலக்கூறுகள் மற்றும் லித்தியம் அயனிகளுக்கு இடையிலான தொடர்புகளை தெளிவுபடுத்துகின்றன.
“எனவே, அனைத்து பகுதிகளையும் ஒன்றாகக் கொண்டு, இந்த அமைப்பு ஏன் அயனி போக்குவரத்துக்கு மிகவும் நல்லது என்பதையும், இந்த பொருளுடன் ஏன் இவ்வளவு அதிக கடத்துத்திறனைப் பெறுகிறோம் என்பதையும் நாங்கள் இறுதியாக புரிந்துகொண்டோம்” என்று ஜாங் கூறினார்.
பாதுகாப்பான லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளை உருவாக்குவதுடன், நீர் சுத்திகரிப்பு மற்றும் பயோ எலக்ட்ரானிக் சர்க்யூட்கள் மற்றும் சென்சார்களுக்கு கலப்பு அயனி-எலக்ட்ரான்-கடத்தும் கட்டமைப்புகளை உருவாக்கவும் அயனிகள் மற்றும் மூலக்கூறுகளை பிரிக்கவும் இந்த பொருள் பயன்படுத்தப்படலாம்.
“இந்த மேக்ரோசைக்கிள்-கூண்டு மூலக்கூறு நிச்சயமாக இந்த சமூகத்தில் புதியது” என்று ஜாங் கூறினார். “மூலக்கூறு கூண்டு மற்றும் மேக்ரோசைக்கிள் ஆகியவை சிறிது காலமாக அறியப்படுகின்றன, ஆனால் புதிய, மிகவும் சிக்கலான கட்டமைப்புகளின் சுய-அசெம்பிளிக்கு வழிகாட்ட இந்த இரண்டு மூலக்கூறுகளின் தனித்துவமான வடிவவியலை நீங்கள் உண்மையில் எவ்வாறு பயன்படுத்த முடியும் என்பது ஆராயப்படாத பகுதி.
“இப்போது எங்கள் குழுவில், வெவ்வேறு மூலக்கூறுகளின் தொகுப்பில் நாங்கள் பணியாற்றி வருகிறோம், அவற்றை எவ்வாறு ஒன்று சேர்ப்பது மற்றும் வேறு வடிவவியலுடன் ஒரு மூலக்கூறை உருவாக்குவது, எனவே புதிய நானோபோரஸ் பொருட்களை உருவாக்குவதற்கான அனைத்து சாத்தியக்கூறுகளையும் விரிவாக்கலாம். ஒருவேளை இது லித்தியம் அயன் கடத்துத்திறனுக்காக இருக்கலாம். அல்லது வேறு பல பயன்பாடுகளுக்காகவும் இருக்கலாம்.”
இணை ஆசிரியர்களில் முனைவர் பட்ட மாணவர் கையாங் வாங் அடங்குவர்; முதுகலை மாணவர் அசுதோஷ் கருடபள்ளி; முதுகலை ஆய்வாளர்கள் ஸ்டீபன் ஃபன்னி மற்றும் கியி ஃபாங்; மற்றும் ரைஸ் பல்கலைக்கழகம், சிகாகோ பல்கலைக்கழகம் மற்றும் கொலம்பியா பல்கலைக்கழக ஆராய்ச்சியாளர்கள்.
மேலும் தகவல்:
யுஷே வாங் மற்றும் பலர், ஃபாஸ்ட் லித்தியம்-அயன் போக்குவரத்துக்கான ஃப்யூஸ்டு மேக்ரோசைக்கிள்-கேஜ் மூலக்கூறுகளின் சூப்பர்மாலிகுலர் அசெம்பிளி, அமெரிக்க கெமிக்கல் சொசைட்டியின் ஜர்னல் (2024) DOI: 10.1021/jacs.4c08558
கார்னெல் பல்கலைக்கழகத்தால் வழங்கப்படுகிறது
மேற்கோள்: இணைந்த மூலக்கூறுகள் பாதுகாப்பான லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளுக்கான கட்டுமானத் தொகுதிகளாகச் செயல்படும் (2024, அக்டோபர் 3) id0 இலிருந்து அக்டோபர் 3, 2024 இல் பெறப்பட்டது
இந்த ஆவணம் பதிப்புரிமைக்கு உட்பட்டது. தனிப்பட்ட ஆய்வு அல்லது ஆராய்ச்சி நோக்கத்திற்காக எந்தவொரு நியாயமான டீலிங் தவிர, எழுத்துப்பூர்வ அனுமதியின்றி எந்தப் பகுதியையும் மீண்டும் உருவாக்க முடியாது. உள்ளடக்கம் தகவல் நோக்கங்களுக்காக மட்டுமே வழங்கப்படுகிறது.