از کاهش ابعاد ترانزیستورها تا مواد صد درصد قابل بازیافت

سیناپرس: در طبیعت، ترکیبات سوپرا مولکولی یا فرا ذره‌ای که ساختارهایی شبیه به زنجیر دارند از واحدهای کوچک بسیاری که توسط پیوند غیر کوالانسی ضعیف به هم متصل شده‌اند ایجاد می‌شوند و توسط روشی که به دقت کنترل می‌شود از هم جدا می‌شوند. در حقیقت شیمی فراذره‌ای که شیمی مهمان-میزبان نیز گفته می‌شود، شاخه‌ای از دانش شیمی است که به بررسی سیستم‌های شیمیایی در تعداد زیادی از مولکولهای یک ماده و همچنین مطالعه نیروهای بین مولکولی می پردازد. پژوهشگران مرکز علوم مواد نوین، ریکن به سرپرستی تاکوزو آیدا تحقیق جدیدی انجام داده‌اند که نتایج یافته‌های آنها به تازگی در ژورنال ساینس منتشر شد. آنها در این تحقیق روش جدیدی برای ساخت مصنوعی و پیاده‌سازی پلیمرهای سوپرا مولکولی به طریقی کاملا کنترل شده و گزینشی ابداع کردند. این روش از متدهای شیمی پلیمری مرسوم پیروی می‌کند و از مزایای عناصر مونومر دارای گرایش خود سامانی بهره می‌برد. این روش توسط مهندسی سوپرا مولکولی دقیق راهی به سوی ساخت پلیمرهایی با طیف وسیعی از ویژگی‌هایی که می‌توانند در کاربردهای جدید استفاده شوند می‌گشاید. خود سامانی مولکولی در واقع سازماندهی برگشت‌پذیر و خودبه‌خودی واحدهای مولکولی درون ساختارهای منظم، بدون برهم‌کنش‌های کووالانسی است.

 

جرقه این تحقیق از زمان یک آزمایش پیشین و مشاهده غیر منتظره مولکول خاصی زده شد که دارای هسته کورانولن (ترکیبی دارای هیدروژن و کربن) بود و به نظر می‌رسید در حالت پایداری به سر می‌برد اما زمانی که آغازگر (ماده‌ای که فعل و انفعال شیمیایی را آغاز می‌کند) به حلال اضافه شد شروع به تبدیل کردن خود به یک پلیمر کرد. مهمتر اینکه پژوهشگران دریافتند تبدیل شدن به پلیمر توسط یک رشد گام به گام همانند زمانی که افراد دست‌هایشان را به هم می‌رسانند تا یک زنجیره طویل انسانی شکل بگیرد صورت نمی‌گیرد بلکه توسط فرآیند رشد زنجیره‌ای اتفاق می‌افتد که در آن واحدهای جدیدی به انتهای زنجیره اضافه می‌شوند. مونومرهای اضافه شده به حلال تا زمانی که آغازگر وجود داشته باشد به زنجیره متصل می‌شوند و به این ترتیب امکان کنترل کردن دقیق ابعاد زنجیره با تغییر دادن نسبت مونومرها و آغازگر فراهم می‌شود. پژوهشگران دریافتند که این فرآیند می‌تواند به سادگی و با افزودن مخلوط معینی از مونومرها و آغازگر به حلال، در فشار و دمای اتاق صورت بگیرد و نیز زنجیره‌ها می‌توانند به آسانی از هم گسسته شوند. در واقع تکپار یا مونومر، مولکول‌های کوچکی هستند که می‌توانند به صورت شیمیایی به یکدیگر متصل شوند و پلیمرها را تشکیل دهند.

پژوهشگران همچنین دریافتند که با افزودن آغازگری با دست‌سانی ویژه به حلال می‌توانند پلیمرهایی با دست‌سانی یا کایرالیتی یکسان ( دست راستی یا دست چپی) بسازند. این کشف دارای اهمیت فراوانی بود زیرا مواردی وجود دارد که برای مثال دارویی از یک نوع دست‌سانی به لحاظ بیولوژیکی مفید است اما انانتیومر مخالف آن بی‌اثر و یا حتی مضر می‌باشد. انانتیومر یا پادهمسان‌پار یکی از ایزومرهای فضایی است که بطور کامل انطباق‌پذیر بر روی تصاویر آینه دیگر نیست، با آن که جهات دست راست و چپ آن یکسان هستند اما با هم متضادند. ترکیبات محض پادهمسان به یک نمونه برمی گردند که دارای محدودیت‌های ردیابی بوده و مولکول‌های آن تنها از یک نوع دست‌سانی برخوردار هستند.

غالبا، یک ماده خالص خواص کاملا متفاوتی از یک مخلوط راسمیک، که حاوی مقادیر مساوی از هر یک از انانتیومرها است خواهد داشت. اهمیت دیگر این تحقیق در این است که به دانشمندان امکان اعمال کنترل روی ابعاد و هندسه زنجیره نهایی را ارائه می‌کند.

دایگو میاجیما، یکی از همکاران آیدا می‌گوید: «آنچه این تحقیق را هیجان‌انگیز می‌کند این است که بر پایه آموزه‌هایی از شیمی پلیمر قادر شدیم این پلیمرهای ماکرومولکولی را طی فرآیند رشد زنجیره‌ای و نه به سبک رشد گام به گامی بسازیم. این فرآیند کنترل کردن طول زنجیره‌ها، دنباله مولکول‌ها و حتی ساختار شیمیایی فضایی را ممکن ساخت. امیدواریم این روش کمک شایانی به پیشرفت مهندسی ماکرومولکول کند.»

آیدا می‌گوید: «با نگاهی به آینده شاهد روزی خواهیم بود که ابعاد ترانزیستورها رابتوان به اندازه قابل توجهی کاهش داد زیرا پلیمرهای سوپرا مولکولی اگر به درستی طراحی شوند می‌توانند خواص نیمه‌رسانایی از خود نشان دهند. به علاوه دریافتیم که زنجیره پلیمرها می‌توانند به راحتی و در 100 درصد موارد  از هم گسسته شوند لذا موادی که توسط این روش ساخته می‌شوند کاملا قابل بازیافت و برگشت به چرخه طبیعت هستند به این ترتیب  آثار مثبتی بر حفظ محیط زیست خواهند داشت.»

منبع

 

No tags for this post.