Bilim İnsanları Birden Çok Element İçeren Nanopartiküllerin Uygulamalarını Keşfediyor
Yeni ortaya çıkan bir alaşım nanopartikül türü, tek elementli nanopartiküllerden daha kararlı ve dayanıklı olduğunu kanıtladı.
Katalizörler birçok özelliğiyle modern toplumun bir parçası olup, endüstriyel üretimi ve zararlı emisyonu, önemli kimyasal reaksiyonları hızlandırarak desteklemektedirler. Piller ve ulaşımdan bira ve çamaşır deterjanına kadar geniş bir yelpazede kimyasal prosesin verimliliğini arttırmaktadırlar.
Katalizörlerin önemi yanında, çalışma biçimleri genellikle bilim insanları için gizemini korumaktadır. Katalizör proseslerini anlamak, bilim insanlarının daha verimli ve uygun maliyetli katalizörleri geliştirmesine yardımcı olabilir. Illinois Chicago Üniversitesi (ICU) ve ABD Enerji Bakanlığı’nın Argonne Ulusal Laboratuvarı’nda bulunan bilim insanlarının yürüttüğü güncel bir çalışmayla, katalitik malzemeleri hızla bozan bir kimyasal reaksiyon sırasında, belirli bir katalizör türü olağanüstü yüksek stabilite ve dayanıklılık sergilemiştir.
Bu çalışmadaki katalizörler; kobalt, nikel, bakır ve platinyum gibi metal elementlerinin çoklu kullanımından oluşturulmuş olan alaşım nanopartikülleridir. Bu partiküller, yakıt hücrelerinde hidrojen üretmek için su ayırmadan, karbon adsorplamasıyla CO2’nin redüksiyonu ve metanol gibi yararlı malzemelere dönüştürülmesi, vücuttaki maddeleri tespit etmek için biyosensörlerde daha verimli reaksiyonların oluşması ve daha verimli ısı, elektrik ve yakıt üreten güneş pillerine kadar çoklu pratik uygulama alanına sahip olabilirler.
Bu çalışmada, bilim insanları yüksek entropili alaşım partiküllerini araştırdılar. Illinois Chicago Üniversitesi’nde Reza Shahbazian-Yassar tarafından yönetilen takım, malzemeyi bozan ve katalitik reaksiyonlarda kullanışlılığını azaltan bir işlem olan oksidasyon sırasında parçacıkların bileşimlerini karakterize etmek için Argonne Nano Ölçekli Malzemeler Merkezi’ni kullandı.
Bu çalışmayı yürüten UIC’deki Bob Song, nano ölçekli malzemelerde gaz akışı geçirimli elektron mikroskobu kullanarak, tüm oksidasyon sürecini gerçek zamanlı ve çok yüksek çözünürlükte yakalayabiliriz, demekte ve yüksek entropili alaşım nano parçacıkları normal metal parçacıklarından oksidasyon işleminde daha dayanıklı olabileceğini bulduk diye de eklemektedir.
Mikroskopta gözlem için, bilim insanları nanopartikülleri bir silikon nitrür membrana gömdüler ve partiküller üzerindeki bir kanaldan farklı gaz türlerini akıttılar. Bir elektron demeti, parçacıklar ve gaz arasındaki reaksiyonları araştırarak, düşük oksidasyon oranını ve belirli metallerin- demir, kobalt, nikel ve bakır- işlem sırasında parçacıkların yüzeylerine göçünü ortaya çıkardı.
Mühendislik Koleji’nde Mekanik ve Endüstri Mühendisliği’nde UIC profesörü olan Shahbazian Yassar, bizim amacımız yüksek entropili malzemelerin oksijenle ne kadar hızlı reaksiyonunun gerçekleştiği ve reaksiyon sırasında nanopartikül kimyasının nasıl geliştiğini anlayabilmekti, demiştir.
Shahbazian-Yassar’a göre, bu araştırmada yapılan keşifler; yakıt pilleri, lityum hava pilleri, süper kapasitörler ve katalizör malzemeleri gibi birçok enerji depolama ve dönüştürme teknolojisine fayda sağlayabilir. Nanopartiküller ayrıca korozyona dayanıklı ve yüksek sıcaklıkta malzemeler geliştirmek için de kullanılabilir.
Bu araştırma, Nano Ölçekli Malzemeler Merkezi’nin yeteneklerinin ve hizmetlerinin işbirlikçilerimizin ihtiyaçlarını nasıl karşılayabileceğinin başarılı bir göstergesiydi, diyen merkezdeki araştırmacılardan Yuzi Liu, son teknolojiye sahip tesislere sahip olmamız yanında son teknolojiye sahip bilimi de sunmak istiyoruz, diye de eklemektedir.
Kaynak : sciencedaily.com