Alimlər şüşə əridiyi zaman onun atom quruluşunu dəyişdirməyin yolunu tapıblar

Alimlər şüşə hələ ərimiş vəziyyətdə olarkən onun kimyəvi quruluşunu dəyişdirməyə imkan verən yeni üsul hazırlayıblar. Bu yanaşma yüksək temperatur səbəbindən indiyədək əldə edilməsi mümkün olmayan bəzi xüsusi xüsusiyyətlərə malik şüşələrin hazırlanmasına imkan yarada bilər. TU Dortmund Universiteti, Paderborn Universiteti, Duisburq-Essen Universiteti və Oksford Universitetindən olan tədqiqatçılar metal-organik karkaslardan (MOF) hazırlanan şüşələr üçün yeni üsul işləyib hazırlayıblar.

Tədqiqatın rəhbəri, TU Dortmund Universitetindən professor Sebastian Henke bildirir ki, alimlər metal-organik karkas birləşmələrindən alınan şüşələrin strukturunu məhz istehsal prosesi zamanı kimyəvi cəhətdən dəyişdirməyin yolunu tapıblar.

Bu prosesdə əsas komponent 1,10-fenantrolin adlı üzvi molekuldur. Molekul material əridikdə metal atomları arasındakı əlaqələrin xarakterini dəyişir. Professor Henkenin sözlərinə görə, normal halda şüşə ərimiş mayenin sürətlə soyuması nəticəsində yaranır. Bu zaman bərk struktur formalaşır, lakin atomlar kristallarda olduğu kimi nizamlı şəkildə düzülmür. İndiyədək tədqiqatçılar çox vaxt belə şüşələrin kimyəvi tərkibini ilkin materialın müəyyən etdiyi formada qəbul etməli olublar.

Kristallardan fərqli olaraq, şüşələrdə atomların təkrarlanan nizamlı düzülüşü yoxdur. Məhz bu nizamsızlıq şüşəyə özünəməxsus xüsusiyyətlər qazandırır, lakin onun daxili kimyəvi quruluşunun idarə edilməsini və öyrənilməsini çətinləşdirir.

MOF-lar ilkin mərhələdə üzvi birləşmələrlə birləşdirilmiş metal mərkəzlərdən ibarət şəbəkələr şəklində olur. Fenantrolin maye vəziyyətdə materiala əlavə edildikdə isə sadəcə boşluqları doldurmur. “Əsas məqam ondan ibarətdir ki, molekul sadəcə doldurucu kimi qalmır. O, reaksiyaya daxil olur. Beləliklə, material hələ maye vəziyyətdə olduğu dəqiq anda onun kimyəvi quruluşunu dəyişdiririk”, — Henke izah edir.

Tədqiqatçılar fenantrolini ilkin komponentlərlə qarışdırdıqdan sonra materialı qızdırıblar.

Fenantrolin burada iki mühüm rol oynayır. Bir tərəfdən, flüsləşdirici maddə kimi materialın ərimə temperaturunu aşağı salır. Digər tərəfdən isə kimyəvi agent kimi metal atomlarına birbaşa bağlanaraq əvvəlki rabitələrin bir hissəsini əvəz edir.

Ərimiş vəziyyətdə molekul metal atomunun koordinasiya mühitini dəyişir. Koordinasiya mühiti müəyyən bir atomun ətrafında neçə qonşu atom və ya molekulun yerləşdiyini ifadə edir. Yeni molekul metal mərkəzlərinə daha güclü bağlandığı üçün onların ətrafındakı qonşuların sayı artır. Nəticədə şüşənin daha geniş atom şəbəkəsinin quruluşu yenidən təşkil olunur. Tədqiqatçılar fenantrolinin miqdarını dəyişməklə rabitələrin yenidən qurulma dərəcəsini də tənzimləyə bilirlər. Bu isə materialın maqnitlik və işıq emissiyası kimi xüsusiyyətlərini ilkin komponentlərin yaratdığı quruluşla məhdudlaşmadan idarə etməyə imkan verir.

Ərimə temperaturunun aşağı salınması da xüsusi əhəmiyyət daşıyır. Əks halda tədqiq olunan bəzi materiallar şüşə əmələ gətirə bilmədən əvvəl parçalanırdı.

Paderborn Universitetindən professor Matthias Bauerin sözlərinə görə, yeni molekulyar yanaşma materialın daha aşağı temperaturda əriməsinə və sabit qalmasına imkan verir. Kobalt tərkibli şüşələr üzərində aparılan araşdırmalar göstərib ki, daha yumşaq emal prosesi zərərli parçalanma məhsullarının yaranmasının qarşısını ala bilər. Bu çirklərin aradan qaldırılması alimlərə şüşənin özünəməxsus maqnit xüsusiyyətlərini müşahidə etməyə imkan verib. Əks halda çirklənmə bu xüsusiyyətləri gizlədə bilərdi.

Atomların yenidən təşkil olunduğunu sübut etmək üçün təkrarlanan kristal quruluşa malik olmayan materialları araşdırmağa imkan verən üsullardan istifadə edilib.

Tədqiqatçılar, digər metodlarla yanaşı, rentgen absorbsiya spektroskopiyasından yararlanıblar. Bu üsul kobalt atomlarının bilavasitə ətrafındakı quruluşu araşdırmağa imkan verib.

Nəticələr göstərib ki, kobalt atomlarının kimyəvi vəziyyəti, yəni oksidləşmə dərəcəsi, dəyişməz qalıb. Buna baxmayaraq, onların yerli ətraf mühiti əhəmiyyətli dərəcədə dəyişib. Başqa sözlə, proses atomların oksidləşmə vəziyyətini dəyişməyib. Dəyişən onların ətrafına hansı molekulların bağlanması və bu rabitələrin necə təşkil olunması olub. Komanda həmçinin metodun yalnız bir material ailəsi ilə məhdudlaşmadığını göstərib. Eyni yanaşma karboksilat əsaslı karkas strukturlarında da uğurla tətbiq edilib. Bu nəticə ərimiş vəziyyətdə aparılan kimyəvi dəyişikliklərin müxtəlif xüsusiyyətlərə malik orqanometallik şüşələrin hazırlanması üçün çevik strategiyaya çevrilə biləcəyini göstərir.

Professor Henke araşdırmanın gələcək əhəmiyyətini belə izah edir: ərimə prosesi artıq yalnız bərk komponentlərlə hazır şüşə arasındakı keçid mərhələsi kimi qəbul edilməyə bilər. Əksinə, ərimiş materialın özü yeni kimyəvi quruluşların yaradıldığı bir reaksiya mühiti kimi istifadə edilə bilər. Bu yanaşma gələcəkdə kataliz, kimyəvi sensorlar və optoelektronika üçün xüsusi xüsusiyyətlərə malik şüşələrin hazırlanmasına imkan yarada bilər.

Ayrı-ayrı metal mərkəzlərinin ətrafındakı kimyəvi mühiti idarə etməklə tədqiqatçılar işığı, maqnitliyi və ya kimyəvi reaksiyaları daha dəqiq şəkildə tənzimləyən materiallar hazırlamağı hədəfləyirlər.

Beləliklə, yeni üsul şüşənin ərimə mərhələsini sadəcə istehsal prosesinin bir hissəsi deyil, materialın atom səviyyəsində yenidən dizayn edilə bildiyi bir mərhələ kimi nəzərdən keçirməyə imkan verir.

mənbə: scitechdaily.com