التطبيقات

يُعتبر الاندماج النووي مصدرًا رئيسيًا للطاقة في المستقبل بفضل كفاءته العالية وإنتاجه للطاقة النظيفة. في مفاعلات الاندماج، تُستخدم أنظمة التبريد بالماء على نطاق واسع نظرًا لتطورها التقني وفعاليتها من حيث التكلفة وأدائها التبريدي الممتاز. ومع ذلك، يبقى هناك تحدٍّ كبير: تحت درجات الحرارة والضغط العاليين، يُسبب الماء والبخار تآكلًا شديدًا في المواد الإنشائية. ورغم دراسة هذه المشكلة في مفاعلات الانشطار، إلا أن بيئات الاندماج النووي أكثر تعقيدًا. تتفاعل المجالات المغناطيسية الفريدة عالية الكثافة وغير الموزعة بالتساوي في أجهزة الاندماج مع عمليات التآكل، مما يُنشئ تحديات تقنية جديدة تتطلب بحثًا مُفصّلًا. ولمعالجة هذه المشكلة، أجرى فريق الأستاذ المشارك بينج لي من جامعة العلوم والتكنولوجيا في الصين دراسة متعمقة باستخدام سيكتيك المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) و مجهر إلكتروني ثنائي الشعاع قاموا ببناء أنظمة تآكل بخاري مغناطيسي عالي الحرارة، وأنظمة تآكل مائي عالي الحرارة. باستخدام تقنيات المجهر الإلكتروني الماسح، والمجهر الإلكتروني المجهري الإلكتروني، والمجهر الإلكتروني المجهري المرن قاموا بتحليل أفلام الأكسيد المتكونة على فولاذ CLF-1 بعد 0-300 ساعة من التآكل بالبخار عند 400 درجة مئوية تحت مجالات مغناطيسية 0T و0.28T و0.46T، وبعد 1000 ساعة من التآكل المائي عالي الحرارة عند 300 درجة مئوية. الدراسة المستخدمة مجهر المسح الإلكتروني عالي الدقة CIQTEK SEM5000X و ال فيب-سيم DB500 وجدت الدراسة أن أغشية الأكسيد تُشكل بنية متعددة الطبقات، مع طبقة داخلية غنية بالكروم وطبقة خارجية غنية بالحديد. يحدث تكوين الغشاء على خمس مراحل: جزيئات الأكسيد الأولية، ثم هياكل تشبه التكتل، وتكوين طبقة كثيفة، ونمو هياكل السبينيل على الطبقة الكثيفة، وأخيرًا، تشقق السبينيل إلى أكاسيد صفائحية. يُسرّع وجود المجال المغناطيسي التآكل بشكل ملحوظ، ويعزز تحويل المغنتيت الخارجي (Fe₃O₄) إلى هيماتيت (Fe₂O₃)، ويعزز تكوين الأكاسيد الصفائحية. نُشر هذا العمل في علم التآكل ، أ مجلة من الدرجة الأولى في مجال التآكل وتدهور المواد تحت عنوان: " تأثيرات المجال المغناطيسي على سلوك التآكل بالبخار عالي الحرارة للفولاذ الفريتي/المارتنسيتي منخفض التنشيط. " توصيف فيلم أكسيد السطح في البخار عالي الحرارة (HTS)، تُظهر أسطح فولاذ CLF-1 حالات تآكل مختلفة بمرور الوقت. على الأسطح المصقولة، تظهر الأكسدة في مراحلها المبكرة (60 ساعة) على شكل جزيئات صغيرة متفرقة. نسبة الحديد/الكروم مماثلة لنسبة الركيزة، مما يشير إلى أن طبقة الأكسيد لم تكتمل بعد. بعد 120 ساعة، تظهر أكاسيد شبيهة بالتكتل. بعد 200 ساعة، تتشكل طبقة أكسيد كثيفة، تعلوها جزيئات أكسيد جديدة وهياكل سبينيل محلية. تتآكل الأسطح الخشنة بشكل أسرع. تكون أكاسيد التكتل المبكرة أدق وأكثر توزيعًا متساويًا. بعد 200 ساعة، تتحول إلى هياكل سبينيل، مما يُظهر اختلافًا أكبر عن الأسطح المصقولة. في الماء عالي الحرارة والضغط (HTPW)، تُظهر الأسطح المصقولة هياكل سبينيل مماثلة. يكون السبينيل في الماء عالي الحرارة والضغط (HTPW) أكثر كثافةً وعددًا، بينما يكون السبينيل في الماء عالي الحرارة والضغط أكبر حجمًا. عند تطبيق مجال مغناطيسي (0.28 T على المصقول، و0.46 T على الخشن)، يتغير التآكل أكثر. بعد 60 ساعة، تظهر جزيئات الأكسيد على كلا السطحين، وتزداد على الأسطح الخشنة. بعد 120 ساعة، تتكون أكاسيد شبيهة بالجسيمات على الأسطح المصقولة، بينما تكوّن الأسطح الخشنة أغشية دقيقة تشبه التكتل. بعد 200 ساعة، تظهر على...

مع التوسع السريع في صناعات الطاقة الجديدة، والتعدين، والمعادن، والطلاء الكهربائي، أصبح تلوث النيكل في المسطحات المائية تهديدًا متزايدًا لجودة البيئة وصحة الإنسان. خلال العمليات الصناعية، غالبًا ما تتفاعل أيونات النيكل مع مختلف الإضافات الكيميائية لتكوين معقدات عضوية من المعادن الثقيلة (HMCs) عالية الاستقرار. على سبيل المثال، في الطلاء الكهربائي للنيكل، يُستخدم السترات (Cit) على نطاق واسع لتحسين تجانس الطلاء ولمعانه، إلا أن مجموعتي الكربوكسيل في Cit تتعاونان بسهولة مع Ni²⁺ لتكوين معقدات Ni-Cit (logβ = 6.86). تُغير هذه المعقدات بشكل كبير شحنة النيكل، وتكوينه الفراغي، وحركيته، ومخاطره البيئية، كما أن استقرارها يجعل إزالتها بطرق الترسيب أو الامتزاز التقليدية أمرًا صعبًا. حاليًا، يُعتبر "التفكك المعقد" الخطوة الأساسية لإزالة HMCs. ومع ذلك، فإنّ المعالجات الكيميائية أو الأكسدة التقليدية تعاني من ارتفاع التكلفة وتعقيد التشغيل. لذلك، تُقدّم المواد متعددة الوظائف ذات القدرات التأكسدية والامتصاصية بديلاً واعدًا. باحثون من جامعة بيهانغ، بقيادة البروفيسور شياومين لي والبروفيسور وينهونغ فان، استخدم مجهر مسح إلكتروني (SEM) CIQTEK و مطياف الرنين الإلكتروني البارامغناطيسي (EPR) لإجراء تحقيق معمق لقد طوروا استراتيجية جديدة باستخدام KOH المعدلة أروندو دوناكس ل. الفحم الحيوي لإزالة النيكل والسيت بكفاءة من الماء. لم يُظهر الفحم الحيوي المعدل كفاءة إزالة عالية فحسب، بل مكّن أيضًا من استعادة النيكل على سطح الفحم الحيوي. الدراسة، التي تحمل عنوان إزالة سترات النيكل بواسطة الكربون الحيوي أروندو دوناكس إل. المعدل بهيدروكسيد البوتاسيوم: الدور الحاسم للجذور الحرة المستمرة ، تم نشره مؤخرًا في أبحاث المياه . توصيف المواد تم إنتاج الفحم الحيوي من أروندو دوناكس أوراق الشجر ومُشبّعة بـ هيدروكسيد البوتاسيوم بنسب كتلة مختلفة. كشف تصوير المجهر الإلكتروني الماسح (الشكل 1) عن: أظهر الفحم الحيوي الأصلي (BC) شكلًا غير منظم يشبه القضيب. بنسبة 1:1 من KOH إلى الكتلة الحيوية (1KBC)، تم تشكيل بنية مسامية تشبه قرص العسل. عند نسب 0.5:1 أو 1.5:1، كانت المسام غير متطورة أو منهارة. وقد أكد تحليل BET أعلى مساحة سطح لـ 1KBC (574.2 متر مربع / جم)، متجاوزًا بذلك العينات الأخرى. توصيف المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) ومجهر BET وقد قدم دليلاً واضحًا على أن تعديل KOH يعزز بشكل كبير المسامية ومساحة السطح - وهي عوامل رئيسية للامتصاص والتفاعلية الأكسدة والاختزال. الشكل 1. تحضير وتوصيف الفحم الحيوي المعدل بهيدروكسيد البوتاسيوم. الأداء في إزالة النيكل والسيت الشكل 2. (أ) كفاءة إزالة النيكل الكلي بواسطة أنواع مختلفة من الفحم الحيوي؛ (ب) تباين الكربون العضوي الكلي أثناء معالجة النيكل-السيت؛ (ج) تأثير تركيز Ni-Cit على كفاءة إزالة 1KBC؛ (د) تأثير الرقم الهيدروجيني على أداء إزالة 1KBC؛ (هـ) تأثير الأيونات المتعايشة على إزالة النيكل والسيت بواسطة 1KBC؛ (و) أداء إزالة التدفق المستمر لـ Ni-Cit بواسطة 1KBC. (Ni–Cit = 50 ملغ/لتر، جرعة الفحم الحيوي = 1 غرام/لتر) أظهرت التجارب الدفعية أداءً قويًا في الإزالة: عند جرعة 50 ملغ/لتر من النيكل والسيت و1 جرام/لتر من المادة، أزال 1KBC 99.2% من إجمالي النيكل في غضون 4 ساعات، مقارنة بـ 32.6% لـ BC. وصلت إزالة TOC إلى 31٪ لـ 1KBC، مما يؤكد أن Ni-Cit يخضع لتفكك معقد يتبعه امتصاص Ni²⁺. حتى عند 100 ملغ/ل من النيكل والسيت، ظلت كفاءة الإزالة أعلى من 93%. حافظت مادة 1KBC على أداء ممتاز ع...

تُعدّ سبائك الألومنيوم، التي تُقدّر لنسبتها الاستثنائية من القوة إلى الوزن، مواد مثالية لتخفيف وزن السيارات. ولا يزال اللحام النقطي بالمقاومة (RSW) هو الأسلوب السائد في تصنيع هياكل السيارات. ومع ذلك، فإن الموصلية الحرارية والكهربائية العالية للألومنيوم، بالإضافة إلى طبقة أكسيده السطحية، تتطلب تيارات لحام تفوق بكثير تلك المستخدمة في الفولاذ. وهذا يُسرّع من تآكل أقطاب النحاس، مما يؤدي إلى عدم استقرار جودة اللحام، وتكرار صيانة الأقطاب، وزيادة تكاليف الإنتاج. إطالة عمر القطب الكهربائي في حين أن ضمان جودة اللحام أصبح يشكل عنق زجاجة تكنولوجيًا بالغ الأهمية في الصناعة. ولمعالجة هذا التحدي، أجرى فريق الدكتور يانغ شانجلو في معهد شنغهاي للبصريات والميكانيكا الدقيقة دراسة متعمقة باستخدام CIQTEK FESEM SEM5000 قاموا بتصميم قطب كهربائي ذو حلقة مرتفعة بطريقة مبتكرة وقاموا بدراسة تأثير رقم الحلقة (0-4) على شكل القطب الكهربائي بشكل منهجي، وكشفوا عن العلاقة الجوهرية بين عدد الحلقات، وعيوب البلورة في كتلة اللحام، وتوزيع التيار. وتظهر نتائجهم أن زيادة عدد الحلقات المرتفعة تعمل على تحسين توزيع التيار، وتحسين كفاءة الإدخال الحراري، وتكبير كتلة اللحام، وإطالة عمر القطب الكهربائي بشكل كبير. يُذكر أن الحلقات المرتفعة تُعزز اختراق طبقة الأكسيد، مما يُحسّن تدفق التيار ويُقلل من التآكل النقطي. يُوفر هذا التصميم المُبتكر للقطب الكهربائي نهجًا تقنيًا جديدًا لتخفيف تآكل القطب الكهربائي، ويُرسي أساسًا نظريًا وعمليًا لتطبيق أوسع لسبائك الألومنيوم RSW في صناعة السيارات. نُشرت الدراسة في مجلة تكنولوجيا معالجة المواد تحت عنوان " دراسة تأثير شكل سطح القطب الكهربي على اللحام النقطي بمقاومة سبيكة الألومنيوم. ” اختراق في تصميم الأقطاب الكهربائية ذات الحلقة المرتفعة لمواجهة مشكلة تآكل الأقطاب الكهربائية، عالج الفريق المشكلة من خلال دراسة شكل الأقطاب الكهربائية. قاموا بتشكيل من 0 إلى 4 حلقات مرتفعة متحدة المركز على السطح الطرفي للأقطاب الكهربائية الكروية التقليدية، مما أدى إلى تشكيل قطب نيوتن حلقي (NTR) جديد. الشكل 1. مورفولوجيا السطح والملف المقطعي للأقطاب الكهربائية المستخدمة في التجربة يكشف تحليل المجهر الإلكتروني الماسح عن عيوب البلورات وتحسين الأداء كيف تؤثر الحلقات المرتفعة على أداء اللحام؟ باستخدام تقنيات CIQTEK FESEM SEM5000 وEBSD قام الفريق بتوصيف البنية الدقيقة لقطع اللحام بالتفصيل. ووجدوا أن الحلقات المرفوعة تخترق طبقة أكسيد الألومنيوم أثناء اللحام، مما يُحسّن توزيع التيار، ويؤثر على مدخلات الحرارة، ويعزز نمو القطع. والأهم من ذلك، أن التفاعل الميكانيكي بين الحلقات المرفوعة والمعدن المنصهر يزيد بشكل ملحوظ من كثافة عيوب البلورات، مثل الخلع الضروري هندسيًا (GNDs) وحدود الحبيبات منخفضة الزاوية (LAGBs)، داخل قطعة اللحام. وقد لوحظ الأداء الأمثل باستخدام ثلاث حلقات مرفوعة (NTR3). الشكل 2. تحليل EBSD للبنية الدقيقة لقطعة اللحام لأقطاب NTR0 وNTR1 وNTR2 وNTR3 وNTR4 عمر أطول للقطب الكهربائي بالإضافة إلى تحسين جودة اللحام، تُظهر أقطاب الحلقة المرتفعة أداءً ممتازًا في مقاومة التآكل. بعد اختبار عمر اللحام لعشرة لحامات، كان الفرق في تآكل الأقطاب ملحوظًا. الشكل 3. عمر القطب الكهربائي للأقطاب الكهربائية NTR0 وNTR1 وNTR2 وNTR3 وNTR4 التحليل الكمي أظهر القطب الكهربائي NTR0 بدون حلقات مرتفعة مساحة تآكل تبلغ 13.49 مليون ميكرومتر². وبالمقارنة، أدت أقطاب NTR3 وNTR4 ذات الحلقات الثلاث والأربع المرتفع...

تُعتبر بطاريات الليثيوم المعدنية ذات الحالة الصلبة (SSLM) على نطاق واسع مصدرًا للطاقة من الجيل التالي للمركبات الكهربائية وتخزين الطاقة على نطاق واسع، حيث توفر كثافة طاقة عالية وسلامة ممتازة. ومع ذلك، ظل تسويقها محدودًا لفترة طويلة بسبب انخفاض الموصلية الأيونية للإلكتروليتات الصلبة وضعف استقرار الواجهة بين الأقطاب الكهربائية والإلكتروليتات. وعلى الرغم من التقدم الكبير في تحسين الموصلية الأيونية، إلا أن فشل الواجهة عند التشغيل بكثافة تيار عالية أو درجات حرارة منخفضة لا يزال يُمثل عائقًا رئيسيًا. اقترح فريق بحثي بقيادة البروفيسور فييو كانغ، والبروفيسور يانبينغ هي، والبروفيسور المساعد وي لو، والبروفيسور المساعد تينغ تشنغ هو من معهد أبحاث المواد، بكلية تسينغهوا شنتشن الدولية للدراسات العليا (SIGS)، بالتعاون مع البروفيسور كوان هونغ يانغ من جامعة تيانجين، مفهوم تصميم جديد لواجهة إلكتروليت صلبة مطاوعة (SEI) لمواجهة هذا التحدي. دراستهم، بعنوان "واجهة إلكتروليت صلبة مطاوعة للبطاريات ذات الحالة الصلبة" ، تم نشره مؤخرًا في طبيعة . يتيح CIQTEK FE-SEM توصيف الواجهة عالية الدقة في هذه الدراسة، استخدم فريق البحث مجهر مسح إلكتروني انبعاثي ميداني من CIQTEK ( SEM4000X ) ل التوصيف الدقيق للبنية واجهة المواد الصلبة-الصلبة. يوفر جهاز FE-SEM من CIQTEK تصوير عالي الدقة وتباين سطحي ممتاز ، مما يتيح للباحثين مراقبة تطور الشكل وسلامة الواجهة بدقة أثناء الدورة الكهروكيميائية. دكتايل SEI: مسار جديد يتجاوز "القوة فقط" نموذج على الرغم من صلابة مواد SEI التقليدية الغنية بالمواد غير العضوية، إلا أنها تميل إلى التعرض لكسر هش أثناء الدورة، مما يؤدي إلى نمو شجيرات الليثيوم وضعف حركية السطح البيني. وقد ابتعد فريق جامعة تسينغهوا عن نموذج "القوة فقط" من خلال التركيز على "الليونة" كمعيار تصميم رئيسي لمواد SEI. وباستخدام نسبة بوغ (B/G ≥ 1.75) كمؤشر على الليونة والفحص بمساعدة الذكاء الاصطناعي، حددوا كبريتيد الفضة (Ag₂S) وفلوريد الفضة (AgF) كمكونات غير عضوية واعدة تتميز بقابلية تشوه فائقة وحواجز انتشار منخفضة لأيونات الليثيوم. بناءً على هذا المفهوم، طوّر الباحثون إلكتروليتًا صلبًا مركبًا عضويًا-غير عضوي يحتوي على إضافات AgNO₃ وحشوات Ag/LLZTO (Li₆.₇₅La₃Zr₁.₅Ta₀.₅O₁₂). أثناء تشغيل البطارية، حوّل تفاعل إزاحة في الموقع مكونات SEI الهشة من Li₂S/LiF إلى طبقات Ag₂S/AgF مطاوعة، مُشكّلًا بنية SEI متدرجة "ناعمة من الخارج وقوية من الداخل". يُبدّد هذا التصميم متعدد الطبقات بفعالية إجهاد السطح البيني، ويحافظ على سلامة الهيكل في الظروف القاسية، ويُعزز ترسيب الليثيوم بشكل متجانس. الشكل 1. رسم تخطيطي لفحص المكونات والآلية الوظيفية لـ SEI المطاوع أثناء دورة البطارية ذات الحالة الصلبة. الشكل 2. التحليل البنيوي والتركيبي لـ SEI المطيل الغني بالمواد غير العضوية. أداء كهروكيميائي استثنائي بفضل مادة SEI المطيلة هذه، أظهرت البطاريات ذات الحالة الصلبة استقرارًا كهروكيميائيًا رائعًا: أكثر من 4500 ساعة من الدورة المستقرة عند 15 مللي أمبير سم⁻² و15 مللي أمبير سم⁻² في درجة حرارة الغرفة. أكثر من 7000 ساعة من الدورة المستقرة عند درجة حرارة -30 درجة مئوية تحت 5 مللي أمبير سم⁻². أظهرت الخلايا الكاملة المقترنة بكاثودات LiNi₀.₈Co₀.₁Mn₀.₁O₂ (NCM811) أداءً ممتازًا في درجات الحرارة العالية (20 درجة مئوية) ودرجات الحرارة المنخفضة. الشكل 3. قابلية تشوه بلاستيكية استثنائية واستقرار ميكانيكي لـ SEI المطيل الغني بالمواد غير العض...

مُنحت جائزة نوبل في الكيمياء لعام 2025 مؤخرًا إلى سوسومو كيتاغاوا، وريتشارد روبسون، وعمر ياغي تقديرًا "لتطويرهم الأطر المعدنية العضوية (MOFs)". ابتكر الفائزون الثلاثة هياكل جزيئية ذات مساحات داخلية هائلة، تسمح بتدفق الغازات والمركبات الكيميائية الأخرى عبرها. لهذه الهياكل، المعروفة باسم الأطر المعدنية العضوية (MOFs)، تطبيقات تتراوح بين استخراج الماء من هواء الصحراء واحتجاز ثاني أكسيد الكربون، وتخزين الغازات السامة وتحفيز التفاعلات الكيميائية. الأطر المعدنية العضوية (MOFs) هي فئة من المواد البلورية المسامية، تتكون من أيونات أو مجموعات معدنية مرتبطة عبر روابط عضوية (الشكل 1). يمكن تصور بنيتها كشبكة ثلاثية الأبعاد من "عقد معدنية + روابط عضوية"، تجمع بين استقرار المواد غير العضوية ومرونة تصميم الكيمياء العضوية. يتيح هذا التركيب متعدد الاستخدامات للأطر المعدنية العضوية أن تتكون من أي معدن تقريبًا من الجدول الدوري، بالإضافة إلى مجموعة واسعة من الروابط، مثل الكربوكسيلات والإيميدازولات والفوسفونات، مما يتيح تحكمًا دقيقًا في حجم المسام، والقطبية، والبيئة الكيميائية. الشكل 1. مخطط لإطار معدني عضوي منذ ظهور أول أطر عضوية معدنية دائمة المسامية في تسعينيات القرن الماضي، طُوّرت آلاف الأطر الهيكلية، بما في ذلك نماذج كلاسيكية مثل HKUST-1 وMIL-101. تتميز هذه الأطر بمساحات سطحية نوعية فائقة الارتفاع وأحجام مسام، مما يوفر خصائص فريدة لامتصاص الغازات، وتخزين الهيدروجين، والفصل، والتحفيز، وحتى توصيل الأدوية. يمكن لبعض أطر العضوية المعدنية المرنة أن تخضع لتغيرات هيكلية عكسية استجابةً للامتصاص أو درجة الحرارة، مما يُظهر سلوكيات ديناميكية مثل "تأثيرات التنفس". بفضل تنوعها وقابليتها للضبط ووظائفها، أصبحت أطر العضوية المعدنية موضوعًا أساسيًا في أبحاث المواد المسامية، وتوفر أساسًا علميًا متينًا لدراسة أداء الامتزاز وطرق توصيفها. توصيف MOFs تتضمن الخصائص الأساسية للإطارات العضوية المعدنية عادةً أنماط حيود الأشعة السينية للمسحوق (PXRD) لتحديد التبلور ونقاء الطور، ومعادلة امتصاص/امتصاص النيتروجين (N₂) للتحقق من صحة بنية المسام وحساب مساحة السطح الظاهرة. وتشمل التقنيات التكميلية الأخرى المستخدمة بشكل شائع ما يلي: التحليل الوزني الحراري (TGA) :يقوم بتقييم الاستقرار الحراري ويمكنه تقدير حجم المسام في بعض الحالات. اختبارات استقرار المياه :يقوم بتقييم الاستقرار البنيوي في الماء وعبر ظروف الرقم الهيدروجيني المختلفة. المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) :يقيس حجم البلورة وشكلها، ويمكن دمجه مع مطيافية الأشعة السينية المشتتة للطاقة (EDS) للتركيب العنصري والتوزيع. مطيافية الرنين المغناطيسي النووي (NMR) : يقوم بتحليل نقاء العينة الإجمالي ويمكنه تحديد نسب الربيطة في MOFs ذات الربيطة المختلطة. مطيافية الانبعاث البصري للبلازما المقترنة بالحث (ICP-OES) :يحدد نقاء العينة ونسب العناصر. مطيافية تحويل فورييه للأشعة تحت الحمراء ذات الانعكاس المنتشر (DRIFTS) :يؤكد وجود أو غياب المجموعات الوظيفية النشطة للأشعة تحت الحمراء في الإطار. حيود الأشعة السينية للبلورة الواحدة (SCXRD) :يوفر معلومات هيكلية دقيقة. فيما يلي لمحة عامة موجزة عن إعداد العينة ونقاط تحليل البيانات الرئيسية لكل طريقة من طرق التوصيف. 1. حيود الأشعة السينية بالمسحوق (PXRD) يحدد PXRD بنية البلورة ونقاء الطور. تُقارن أنماط الحيود التجريبية بأنماط محاكاة من بيانات XRD لبلورة واحدة للتأكد من نقاء الطور. تُقاس العينات عادةً كمساحيق مضغوطة في كري...

مع تسارع وتيرة التصنيع والنمو المستمر لانبعاثات الملوثات، تُشكل مياه الصرف الصحي العضوية تهديدًا خطيرًا للنظم البيئية وصحة الإنسان. تشير الإحصاءات إلى أن استهلاك الطاقة من معالجة مياه الصرف الصناعي يُمثل 28% من إجمالي استخدام الطاقة في معالجة المياه عالميًا. ومع ذلك، تعاني تقنية فينتون التقليدية من تعطل المحفز، مما يؤدي إلى انخفاض كفاءة المعالجة. تواجه المحفزات المعدنية في عمليات الأكسدة المتقدمة اختناقات شائعة: لا يُمكن الحفاظ على دورة الأكسدة والاختزال بفعالية، ومسارات نقل الإلكترونات محدودة، وتعتمد طرق التحضير التقليدية على درجات حرارة وضغط مرتفعين، مع إنتاجية تتراوح بين 11% و15% فقط. ولمعالجة هذه التحديات، قام فريق بحثي من جامعة داليان للتكنولوجيا طوروا محفزًا نانويًا من النحاس والكربون عن طريق اقتران السليلوز التجاري بأيونات النحاس بطريقة الاستبدال الجلفاني الكيميائي الرطب. كما طوروا نظام تحلل مبتكرًا يتميز بـ آلية تحفيز ثنائية القناة (مسار جذري + نقل مباشر للإلكترون) وقدرة واسعة على التكيف مع درجة الحموضة. حققت المادة تحللًا للتتراسيكلين بنسبة 65% خلال 5 دقائق (مقارنةً بأقل من 5% في المحفزات التجارية)، مع استخلاص أيونات النحاس بمعدل أقل من 1.25 ملغم/لتر (أقل من المعيار الوطني البالغ 2.0 ملغم/لتر). في مفاعل السرير المعبأ (PTR)، تمت إزالة أكثر من 99% من الملوثات خلال فترة بقاء 20 ثانية فقط. ومن خلال تمكين النشاط التحفيزي المستدام عبر مسار نقل الإلكترون المباشر، تغلب هذا النهج على مشكلة ضعف التكيف البيئي التي طالما عانت منها المحفزات التقليدية. الدراسة بعنوان "التحلل التحفيزي القوي ثنائي القناة الذي يعتمد على الملوثات العضوية عبر مركبات Cu-C مع الحصاد الإلكتروني الاتجاهي وتوليد الأنواع الجذرية الكلاسيكية" ، تم نشره في مجلة الهندسة الكيميائية . تكوين محفز نانوي من النحاس والكربون باستخدام السليلوز التجاري كدعامة، أدرج الفريق أيونات النحاس عبر طريقة استبدال جلفاني كيميائي رطب لبناء مركبات نانوية من النحاس والكربون ذات نشاط تحفيزي ثنائي القناة. كشفت التوصيفات عن تأثيرات فريدة لنقل الإلكترونات في ظل ظروف مختلفة. تصوير المجهر الإلكتروني الماسح ( سيكتيك SEM5000 ) كشف التطور البنيوي الدقيق أظهر السليلوز النقي شبكةً غير منتظمة، والتي تحولت، بعد تكوينها المركب، إلى كرات نحاسية بقطر 10 نانومتر، تتجمع ذاتيًا لتشكل تجمعات هرمية بقطر 100 نانومتر. وقد ضمنت هذه البنية تشتتًا ونقلًا عاليين للإلكترونات. SEM-EDS أكد توزيع العناصر بشكل موحد. كشفت أطياف الأشعة تحت الحمراء بتقنية فورييه (FTIR) عن ذروة Cu₂O عند 682.31 سم⁻¹ نتيجة تفاعلات الأكسدة والاختزال أثناء عملية التخليق. كما دعم وجود مجموعات C=C وC=O وC–H هذه النتائج، في حين لوحظت ذروة قوية لـ-OH عند 3200-3600 سم⁻¹. أشار تحليل XPS إلى أن إشارات Cu₂p صادرة بشكل رئيسي عن Cu₂(OH)₂CO₃ وC₂O، مع إظهار روابط C₂s لـ C=C وC–C، وهو ما يتوافق مع نتائج FTIR. الشكل 1. تحضير وتوصيف المحفز أداء التحلل التحفيزي في عملية تنشيط بيرسلفات (PDS)، أظهر محفز النحاس-الكربون مساري تحلل مزدوجين: إزالة 65% من التتراسيكلين في 5 دقائق (مقابل أقل من 5% في المحفزات التجارية)، مع استخلاص النحاس بتركيز 1.25 ملغم/لتر فقط، وهو أقل من الحد الوطني. أكدت تجارب المقارنة أن التحلل ناتج عن تحفيز غير متجانس. أظهرت دراسات التحسين على نوع المؤكسد، وجرعة المحفز، وجرعة المؤكسد أداءً متفوقًا لمحفز النحاس-الكربون مقارنةً بالعديد من المحفزات القائمة على النحا...

دفع حدود الطباعة الحيوية مع CIQTEK SEM في معهد الطب الذكي والهندسة الطبية الحيوية بجامعة نينغبو، يُعالج الباحثون التحديات الطبية الواقعية من خلال دمج علوم المواد والأحياء والطب وتكنولوجيا المعلومات والهندسة. وسرعان ما أصبح المعهد مركزًا لابتكارات الرعاية الصحية القابلة للارتداء والرعاية الصحية عن بُعد، والتصوير الطبي المتقدم، والتحليل الذكي، بهدف تحويل الإنجازات المختبرية إلى نتائج سريرية ملموسة. في الآونة الأخيرة، شارك الدكتور لي شاو، نائب العميد التنفيذي للمعهد، أبرز أحداث رحلته البحثية وكيف أحدث تقنيات SEM من CIQTEK وهو يغذي اكتشافات فريقه. CIQTEK SEM في معهد الطب الذكي والهندسة الطبية الحيوية بجامعة نينغبو طباعة المستقبل: من القلوب المصغرة إلى الشبكات الوعائية منذ عام 2016، كان الدكتور شاو رائدًا التصنيع الحيوي والطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد بهدف هندسة أنسجة حية ووظيفية خارج جسم الإنسان. يمتد عمل فريقه من قلوب مصغرة مطبوعة بتقنية ثلاثية الأبعاد إلى هياكل وعائية معقدة، مع تطبيقات في فحص الأدوية، ونمذجة الأمراض، والطب التجديدي. قلب مصغر مطبوع بتقنية ثلاثية الأبعاد بفضل التمويل الذي قدمته مؤسسة العلوم الطبيعية الوطنية في الصين ووكالات البحث المحلية، تمكن مختبره من تحقيق العديد من الإنجازات: استراتيجيات الطباعة الحيوية الذكية :استخدام تأثيرات لف الحبل السائل مع الطباعة الحيوية المحورية لتصنيع الألياف الدقيقة ذات الشكل المتحكم فيه، مما يتيح إنشاء العضويات الوعائية. ألياف خلوية دقيقة قابلة للتجميد :تطوير ألياف دقيقة خلوية موحدة وقابلة للتطوير وقابلة للحفظ بالتبريد من خلال الطباعة الحيوية المحورية، مع إمكانات عالية لزراعة الخلايا ثلاثية الأبعاد، وتصنيع العضويات، وفحص الأدوية، والزراعة. الأحبار الحيوية التضحية :طباعة شبكات مسامية متوسطة الحجم باستخدام أحبار حيوية من الجيلاتين الدقيق، مما يؤدي إلى بناء مسارات غذائية لتوصيل الأكسجين/العناصر الغذائية بشكل فعال. الأنظمة الوعائية المعقدة :إنشاء شبكات وعائية معقدة باستخدام الطباعة الحيوية المحورية مع تحفيز ترسب الخلايا البطانية في الموقع، وحل التحديات في تكوين الأوعية الدموية في الهياكل المعقدة. الأنسجة المتباينة الخواص :إنشاء أنسجة متباينة الخواص باستخدام الأحبار الحيوية الموجهة للقص وطرق الطباعة المسبقة للقص. هياكل ذات كثافة خلوية عالية :اقتراح تقنية طباعة حمام دعم الجسيمات السائلة الأصلية للحبر الحيوي عالي الكثافة الخلوية، وتحقيق أنسجة حيوية نشطة تشبه الحياة مع التغلب على المقايضة طويلة الأمد بين قابلية الطباعة وقابلية الخلايا للبقاء في الطباعة الحيوية القائمة على البثق. تمهد هذه التطورات الطريق نحو تطوير أنسجة وظيفية قابلة للزرع، وربما حتى أعضاء معدلة هندسيا. تسريع الاكتشاف مع CIQTEK SEM مع التقدم العلمي السريع، يتصدر البحث الطبي الحيوي الابتكار. غالبًا ما تؤدي الكفاءة العالية إلى إنجازات أكبر. ووفقًا للدكتور شاو، المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) يعد أحد الأدوات العلمية الأكثر أهمية في المعهد . منذ اعتماد CIQTEK مجهر المسح الإلكتروني للانبعاث الميداني وقد شهد المعهد تقدماً ملحوظاً في كفاءة البحث والابتكار. في الماضي، كان علينا إرسال عينات إلى مختبرات أخرى، وكثيرًا ما كنا ننتظر في طوابير طويلة، مما كان يُبطئ أبحاثنا، كما أوضح الدكتور شاو. "الآن، مع مجهر المسح الإلكتروني من CIQTEK داخليًا، يمكننا التقاط تفاصيل مذهلة للمواد البيولوجية، بدءًا من جزيئات الهيدروجيل بحجم 10 نانومتر ووصولًا إلى شبكات الألياف ال...

في الآونة الأخيرة، حقق فريق بقيادة وانج هاومين من معهد شنغهاي لأنظمة المعلومات الدقيقة التابع للأكاديمية الصينية للعلوم تقدمًا كبيرًا في دراسة مغناطيسية أشرطة الجرافين النانوية المتعرجة (zGNRs) باستخدام سيكتيك مجهر مسح النيتروجين الشاغر (SNVM) . بناءً على أبحاث سابقة، قام الفريق بحفر نيتريد البورون السداسي (hBN) مسبقًا باستخدام جسيمات معدنية لإنشاء خنادق ذرية موجهة، واستخدموا طريقة الترسيب الكيميائي للبخار التحفيزي في الطور البخاري (CVD) لتحضير أشرطة نانوية من الجرافين الكيرالية في الخنادق، محصلين بذلك على عينات من جسيمات نانوية zGNR بعرض حوالي 9 نانومتر مدمجة في شبكة نيتريد البورون السداسي. ومن خلال الجمع بين قياسات SNVM والنقل المغناطيسي، أكد الفريق مغناطيسيته الذاتية مباشرةً في التجارب. يرسي هذا الاكتشاف الرائد أساسًا متينًا لتطوير أجهزة إلكترونية مغزلية قائمة على الجرافين. وقد نُشرت نتائج البحث ذات الصلة، بعنوان "علامات المغناطيسية في أشرطة نانوية من الجرافين المتعرجة مدمجة في شبكة نيتريد البورون السداسي"، في المجلة الأكاديمية المرموقة. "مواد الطبيعة". الجرافين، باعتباره مادة ثنائية الأبعاد فريدة، يُظهر خصائص مغناطيسية لإلكترونات المدار p تختلف اختلافًا جوهريًا عن الخصائص المغناطيسية الموضعية لإلكترونات المدار d/f في المواد المغناطيسية التقليدية، مما يفتح آفاقًا بحثية جديدة لاستكشاف المغناطيسية الكربونية النقية. يُعتقد أن أشرطة الجرافين النانوية المتعرجة (zGNRs)، التي يُحتمل أن تمتلك حالات إلكترونية مغناطيسية فريدة قريبة من مستوى فيرمي، تتمتع بإمكانيات هائلة في مجال أجهزة الإلكترونيات الدورانية. ومع ذلك، يواجه الكشف عن مغناطيسية أشرطة الجرافين النانوية المتعرجة (zGNRs) من خلال طرق النقل الكهربائي تحديات متعددة. على سبيل المثال، غالبًا ما تكون الأشرطة النانوية المُجمّعة من الأسفل إلى الأعلى قصيرة جدًا بحيث لا يُمكن تصنيع الأجهزة بشكل موثوق. بالإضافة إلى ذلك، قد يؤدي التفاعل الكيميائي العالي لحواف أشرطة الجرافين النانوية المتعرجة إلى عدم استقرار أو تشويب غير متساوٍ. علاوة على ذلك، في أشرطة الجرافين النانوية الأضيق، قد يُصعّب الاقتران القوي المضاد للمغناطيسية لحالات الحواف الكشف عن إشاراتها المغناطيسية كهربائيًا. تُعيق هذه العوامل الكشف المباشر عن المغناطيسية في أشرطة الجرافين النانوية المتعرجة. تتميز جسيمات ZGNRs المدمجة في شبكة hBN بثبات أعلى للحافة وتتميز بمجال كهربائي متأصل، مما يخلق ظروفًا مثالية لاكتشاف مغناطيسية جسيمات zGNRs. في الدراسة، استخدم الفريق سيكتيك SNVM في درجة حرارة الغرفة لمراقبة الإشارات المغناطيسية لـ zGNRs مباشرة في درجة حرارة الغرفة. الشكل 1: القياس المغناطيسي لـ zGNR المضمن في شبكة نيتريد البورون السداسية باستخدام مسح مجهر النيتروجين الشاغر في قياسات النقل الكهربائي، أظهرت ترانزستورات zGNR المصنّعة بعرض 9 نانومتر تقريبًا موصلية عالية وخصائص نقل باليستية. تحت تأثير مجال مغناطيسي، أظهر الجهاز مقاومة مغناطيسية متباينة الخواص ملحوظة، مع تغير في المقاومة المغناطيسية يبلغ حوالي 175 Ω عند 4 كلفن، ونسبة مقاومة مغناطيسية تبلغ حوالي 1.3%، واستمرت هذه الإشارة حتى في درجات حرارة تصل إلى 350 كلفن. لم يُلاحظ التباطؤ إلا تحت مجال مغناطيسي عمودي على مستوى ترانزستورات zGNR، مما يؤكد تباينها المغناطيسي. من خلال تحليل تغير المقاومة المغناطيسية مع زاوية الميل، وجد الباحثون أن العزم المغناطيسي عمودي على سطح العينة. علاوة على ذلك، كشف انخفاض ا...