التطبيقات

استنادًا إلى الخصائص الكمومية، تتمتع مستشعرات دوران الإلكترون بحساسية عالية ويمكن استخدامها على نطاق واسع لاستكشاف الخصائص الفيزيائية والكيميائية المختلفة، مثل المجال الكهربائي، والمجال المغناطيسي، وديناميكيات الجزيئات أو البروتين، والجسيمات النووية أو غيرها. هذه المزايا الفريدة وسيناريوهات التطبيق المحتملة تجعل من أجهزة الاستشعار القائمة على الدوران اتجاهًا بحثيًا ساخنًا في الوقت الحاضر. يحتوي Sc 3 C 2 @C 80  على دوران إلكترون مستقر للغاية محمي بقفص كربون، وهو مناسب للكشف عن امتصاص الغاز داخل المواد المسامية. Py-COF عبارة عن مادة إطارية عضوية مسامية ظهرت مؤخرًا وتتميز بخصائص امتصاص فريدة، وتم تحضيرها باستخدام وحدة بناء ذاتية التكثيف مع مجموعة فورميل ومجموعة أمينو. تم تحضيره بحجم مسام نظري يبلغ 1.38 نانومتر. وبالتالي، يمكن لوحدة ميتالوفوليرين Sc 3 C 2 @ C 80  (حجمها ~ 0.8 نانومتر) أن تدخل أحد المسام النانوية لـ Py-COF.   تم تطوير مستشعر نانوسبين يعتمد على معدن الفوليرين بواسطة تايشان وانغ، الباحث في معهد الكيمياء بالأكاديمية الصينية للعلوم، للكشف عن امتزاز الغاز داخل إطار عضوي مسامي. تم دمج الفوليرين المعدني البارامغناطيسي، Sc 3 C 2 @ C 80 ، في المسام النانوية لإطار عضوي تساهمي قائم على البيرين (Py-COF). تم تسجيل N 2、CO、CH 4、CO 2、C 3 H 6  و C 3 H 8  داخل Py-COF المضمن مع مسبار الدوران Sc 3 C 2 @ C 80  باستخدام تقنية EPR ( CIQTEK EPR200-Plus لقد تبين أن إشارات EPR الخاصة بـ Sc 3 C 2 @ C 80 المضمنة  ترتبط بانتظام بخصائص امتصاص الغاز لـ Py-COF. نُشرت نتائج الدراسة في مجلة Nature Communications تحت عنوان "مستشعر الدوران النانوي المضمن للفحص الموضعي لامتصاص الغاز داخل الأطر العضوية المسامية".     التحقق من خصائص امتصاص الغاز لـ Py-COF باستخدام الدوران الجزيئي لـ Sc 3 C 2 @ C 8     في هذه الدراسة، استخدم المؤلفون الفليرين المعدني ذي الخصائص البارامغناطيسية، Sc 3 C 2 @ C 80  (حجمه حوالي 0.8 نانومتر)، كمسبار دوران مدمج في ثقب نانوي واحد من COF (Py-COF) المعتمد على البيرين للكشف عن امتصاص الغاز. داخل Py-COF.  بعد ذلك، تم دراسة خصائص الامتزاز لـ Py-COF للغازات N 2、CO、CH 4、CO 2、C 3 H 6  وC 3 H 8 من خلال تسجيل إشارات Sc 3 C 2 @C 80  EPR المضمنة. لقد تبين أن إشارات EPR الخاصة بـ Sc 3 C 2 @ C 80  تتبع بانتظام خصائص امتصاص الغاز لـ Py-COF. وعلى عكس قياسات درجة حرارة الامتزاز التقليدية، يمكن لمستشعر الدوران النانوي القابل للزرع اكتشاف امتزاز الغاز وامتزازه من خلال المراقبة في الموقع في الوقت الفعلي. تم أيضًا استخدام مستشعر nanospin المقترح لاستكشاف خصائص امتصاص الغاز للإطار المعدني العضوي (MOF-177)، مما يدل على تعدد استخداماته.     العلاقة بين خصائص امتصاص الغاز وإشارات EPR     تأثير ضغط الغاز على إشارة EPR     تحليل عرض خط إشارة EPR   لقد اجتذبت أجهزة الاستشعار المبنية على الدوران اهتمامًا كبيرًا نظرًا لحساسيتها العالية. هنا، قمنا بتطوير مستشعر دوران نانو قائم على الميتالوفوليرين لفحص امتصاص الغاز داخل الأطر العضوية المسامية. لهذا الغرض، تم اختيار الفليرين المعدني النشط الدوران، Sc 3 C 2 @ C 80،  ودمجه في ثقب نانوي من إطار عضوي تساهمي قائم على البيرين (Py-COF). سجل التحليل الطيفي بالرنين المغنطيسي الإلكتروني (EPR) إشارات EPR لـ Sc 3 C 2 @ C 80...

يتم تعريف المحفزات البيئية على نطاق واسع على أنها جميع المحفزات التي يمكنها تحسين التلوث البيئي. في السنوات الأخيرة، أصبحت حماية البيئة أكثر شيوعًا، وأصبح البحث عن المحفزات البيئية وتطبيقها أكثر تعمقًا. تتمتع المحفزات البيئية لمعالجة المواد المتفاعلة المختلفة بمتطلبات أداء مقابلة، من بينها مساحة السطح المحددة وحجم المسام التي تعد أحد المؤشرات المهمة لتوصيف خصائص المحفزات البيئية. من الأهمية بمكان استخدام تقنية امتصاص الغاز لتوصيف العوامل الفيزيائية بدقة مثل مساحة السطح المحددة وحجم المسام وتوزيع حجم المسام للمحفزات البيئية للبحث وتحسين أدائها.   01محفز حماية البيئة   حاليًا، تعد صناعات تكرير النفط والصناعات الكيماوية وحماية البيئة هي مجالات التطبيق الرئيسية للعوامل الحفازة. تشير المحفزات البيئية بشكل عام إلى المحفزات المستخدمة لحماية وتحسين البيئة المحيطة عن طريق معالجة المواد السامة والخطرة بشكل مباشر أو غير مباشر، مما يجعلها غير ضارة أو تقليلها، وبشكل عام، يمكن أن تعزى المحفزات القادرة على تحسين التلوث البيئي إلى فئة المحفزات البيئية . يمكن تقسيم المحفزات البيئية إلى محفزات معالجة غاز العادم، ومحفزات معالجة مياه الصرف الصحي، ومحفزات أخرى وفقًا لاتجاه التطبيق، مثل محفزات الغربال الجزيئي التي يمكن استخدامها لمعالجة غازات العادم مثل SO 2، NO X ، CO 2 ، وأكسيد النيتروز ، الكربون المنشط الذي يمكن استخدامه كمادة ماصة نموذجية لامتصاص الملوثات في الطور السائل/الغازي، بالإضافة إلى المحفزات الضوئية لأشباه الموصلات التي يمكنها تحليل الملوثات العضوية، وما إلى ذلك.   02 التحليل النوعي للسطح وحجم المسام وتوصيف المحفزات البيئية   تعد مساحة سطح المحفز أحد المؤشرات المهمة لوصف خصائص المحفز. يمكن تقسيم مساحة سطح المحفز إلى مساحة السطح الخارجي ومساحة السطح الداخلي. نظرًا لأن غالبية مساحة سطح المحفز البيئي هي مساحة سطح داخلية وغالبًا ما يتم توزيع المركز النشط على السطح الداخلي، بشكل عام، كلما كانت مساحة السطح المحددة للمحفز البيئي أكبر، زاد عدد مراكز التنشيط على السطح، وزاد عدد مراكز التنشيط على السطح. يتمتع المحفز بقدرة امتصاص قوية للمواد المتفاعلة، والتي تكون جميعها مناسبة للنشاط التحفيزي. بالإضافة إلى ذلك، فإن نوع بنية المسام له تأثير كبير على نشاط وانتقائية وقوة المحفز. قبل أن يتم امتصاص الجزيئات المتفاعلة، يجب أن تنتشر عبر مسام المحفز للوصول إلى المركز النشط على السطح الداخلي للمحفز، وترتبط عملية الانتشار هذه ارتباطًا وثيقًا ببنية مسام المحفز، وتظهر هياكل المسام المختلفة اختلافًا قوانين الانتشار وحركية التفاعل الظاهرة، على سبيل المثال، ترجع الانتقائية القوية لمحفزات الغربال الجزيئي إلى حقيقة أن حجم المسام في مسامها لا يمكن أن يسمح إلا لنوع معين من الجزيئات بالدخول إلى المسام إلى سطح المحفز ويتم تحفيزه .   ولذلك، فمن الضروري وصف مساحة السطح المحددة، وتوزيع حجم المسام ومعايير الأداء الأخرى للمحفزات البيئية. في الوقت الحاضر، تعد تكنولوجيا امتصاص الغاز إحدى الطرق المهمة لتوصيف الخواص الفيزيائية للمواد. استنادًا إلى تحليل الامتزاز، يمكن تحديد مساحة السطح المحددة وحجم المسام وتوزيع حجم المسام للمحفزات البيئية بدقة، مما يمكنه تحليل النشاط التحفيزي والانتقائية ومعدل انتشار المواد التفاعلية وكفاءة التفاعل وما إلى ذلك، وتوفير دقة توصيف المحفزات البيئية ذات الأداء الأفضل.     03 حالات تطبيقية لمساحة السطح المحددة وتوزيع حجم المسام في ت...

ما هو نانو الألومينا؟ تستخدم نانو الألومينا على نطاق واسع في مجالات مختلفة مثل المواد الخزفية والمواد المركبة والفضاء وحماية البيئة والمحفزات وحاملاتها بسبب قوتها وصلابتها العالية ومقاومتها للتآكل ومقاومة الحرارة ومساحة سطحها الكبيرة المحددة [1]. وقد أدى هذا إلى التحسين المستمر لتكنولوجيا التطوير. حاليًا، قام العلماء بتحضير مواد الألومينا النانوية بأشكال مختلفة من أحادية البعد إلى ثلاثية الأبعاد، بما في ذلك الشكل الكروي، والصفائح السداسية، والمكعب، والقضيبي، والليفي، والشبكي، والزهري، والمجعد، والعديد من الأشكال الشكلية الأخرى [2].   المسح المجهري الإلكتروني لجسيمات الألومينا النانوية   هناك العديد من الطرق لتحضير نانو الألومينا والتي يمكن تقسيمها إلى ثلاث فئات رئيسية حسب طرق التفاعل المختلفة:  طرق الطور الصلب، الطور الغازي، والطور السائل [3]. من أجل التحقق من أن نتائج مساحيق الألومينا النانوية المحضرة هي كما هو متوقع، فمن الضروري وصف هيكل الألومينا تحت كل عملية، والأكثر بديهية من بين العديد من طرق التوصيف هي طريقة المراقبة المجهرية.   يتمتع المجهر الإلكتروني الماسح، باعتباره أحد معدات التوصيف المجهرية التقليدية، بمزايا التكبير الكبير، والدقة العالية، وعمق المجال الكبير، والتصوير الواضح، والإحساس المجسم القوي، وهو الجهاز المفضل لتوصيف هيكل نانو الألومينا.   يوضح الشكل التالي مسحوق الألومينا الذي تم تحضيره بموجب عمليات مختلفة تمت ملاحظتها باستخدام المجهر الإلكتروني لمسح الانبعاثات الميدانية CIQTEK SEM5000، والذي يحتوي على مساحيق الألومينا النانوية على شكل مكعبات ورقائق وقضبان، وبأحجام جسيمات تتراوح من عشرات إلى مئات النانومترات.     CIQTEK المجهر الإلكتروني لمسح الانبعاثات الميدانية SEM5000   SEM5000 عبارة عن مجهر إلكتروني لمسح انبعاث المجال عالي الدقة وغني بالميزات، مع تصميم أسطواني متقدم، وتباطؤ داخل الأ

لعدة قرون، ظلت البشرية تستكشف المغناطيسية والظواهر المرتبطة بها دون توقف. في الأيام الأولى للكهرومغناطيسية وميكانيكا الكم، كان من الصعب على البشر أن يتخيلوا انجذاب المغناطيس للحديد، وقدرة الطيور أو الأسماك أو الحشرات على التنقل بين وجهات تبعد عن بعضها آلاف الأميال - وهي ظواهر مذهلة ومثيرة للاهتمام بنفس القدر. أصل مغناطيسي. تنشأ هذه الخصائص المغناطيسية من الشحنات المتحركة ودوران الجسيمات الأولية، والتي تكون سائدة مثل الإلكترونات.    أصبحت المواد المغناطيسية ثنائية الأبعاد نقطة بحثية ذات أهمية كبيرة، وهي تفتح اتجاهات جديدة لتطوير أجهزة الإلكترونيات السبينية، التي لها تطبيقات مهمة في الأجهزة الإلكترونية الضوئية الجديدة وأجهزة الإلكترونيات السبينية. ومؤخرًا، أطلقت رسائل الفيزياء 2021، العدد 12، أيضًا ميزة خاصة حول المواد المغناطيسية ثنائية الأبعاد، تصف تقدم المواد المغناطيسية ثنائية الأبعاد من الناحية النظرية والتجارب من وجهات نظر مختلفة.    يمكن لمادة مغناطيسية ثنائية الأبعاد لا يزيد سمكها عن بضع ذرات أن توفر الركيزة لإلكترونيات السيليكون الصغيرة جدًا. تتكون هذه المادة المذهلة من أزواج من الطبقات الرقيقة جدًا التي يتم تكديسها معًا بواسطة قوى فان دير فالس، أي القوى بين الجزيئات، بينما ترتبط الذرات الموجودة داخل الطبقات بروابط كيميائية. على الرغم من أنه سميك ذريًا فقط، إلا أنه لا يزال يحتفظ بالخصائص الفيزيائية والكيميائية من حيث المغناطيسية والكهرباء والميكانيكا والبصريات.     المواد المغناطيسية ثنائية الأبعاد الصورة المشار إليها من https://phys.org/news/2018-10-flexy-flat-functional-magnets.html   لاستخدام تشبيه مثير للاهتمام، كل إلكترون في مادة مغناطيسية ثنائية الأبعاد يشبه بوصلة صغيرة ذات قطبين شمالي وجنوبي، واتجاه "إبر البوصلة" هذه يحدد شدة المغنطة. عندما تتم محاذاة "إبر البوصلة" المتناهية الصغر هذه تلقائيًا، يشكل التسلسل المغناطيسي المرحلة الأساسية للمادة، مما يسمح بتحضير العديد من الأجهزة الوظيفية، مثل المولدات والمحركات، والذكريات المقاومة المغناطيسية، والحواجز البصرية. هذه الخاصية المذهلة جعلت المواد المغناطيسية ثنائية الأبعاد ساخنة أيضًا. على الرغم من أن عمليات تصنيع الدوائر المتكاملة آخذة في التحسن الآن، إلا أنها مقيدة بالفعل بالتأثيرات الكمومية مع تقلص الأجهزة. واجهت صناعة الإلكترونيات الدقيقة اختناقات مثل انخفاض الموثوقية وارتفاع استهلاك الطاقة، كما واجه قانون مور الذي استمر لما يقرب من 50 عامًا صعوبات أيضًا (قانون مور: يتضاعف عدد الترانزستورات التي يمكن استيعابها في دائرة متكاملة في حوالي 50 عامًا) كل 18 شهرًا). إذا أمكن استخدام المواد المغناطيسية ثنائية الأبعاد في المستقبل في مجال أجهزة الاستشعار المغناطيسية والذاكرة العشوائية وغيرها من أجهزة الإلكترونيات الدورانية الجديدة، فقد يكون من الممكن كسر عنق الزجاجة في أداء الدوائر المتكاملة.    نحن نعلم بالفعل أن بلورات فان دير فال المغناطيسية تحمل تأثيرات كهرومغناطيسية خاصة، وبالتالي فإن الدراسات المغناطيسية الكمية تعد خطوة أساسية في البحث عن المواد المغناطيسية ثنائية الأبعاد. ومع ذلك، لا تزال الدراسات التجريبية الكمية حول الاستجابة المغناطيسية لمثل هذه المغناطيسات على المستوى النانوي غير متوفرة إلى حد كبير. أبلغت بعض الدراسات الحالية عن تحقيق اكتشاف المغناطيسية البلورية على مقياس الميكرون، لكن هذه التقنيات لا توفر حتى الآن معلومات كمية حول المغنطة ...