Новый поворот в технологии синтеза обещает устойчивое производство
В лаборатории Джеймса Тура из Университета Райса разработан новый метод, известный как джоулевский нагрев во вспышке (FWF), который может изменить синтез высококачественных твердотельных материалов, обеспечив более чистый, быстрый и устойчивый процесс производства. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Chemistry 8 августа.
Традиционно синтез твердотельных материалов был трудоемким и энергоемким процессом, часто сопровождавшимся выделением вредных побочных продуктов. Но FWF позволяет производить различные соединения в граммовом масштабе за считанные секунды, сокращая при этом потребление энергии, воды и выбросы парниковых газов более чем на 50 %, устанавливая новый стандарт устойчивого производства.
Инновационное исследование опирается на разработку компании Tour в 2020 году приложений для утилизации отходов и вторичной переработки с использованием технологии мгновенного Джоулевского нагрева, при которой ток проходит через материал с умеренным сопротивлением, быстро нагревая его до температуры более 3000 градусов Цельсия (более 5000 градусов по Фаренгейту) и превращая его в другие вещества.
«Ключевым моментом является то, что раньше мы синтезировали углерод и некоторые другие соединения, которые могли быть проводящими», — говорит Тур, профессор химии Т.Т. и В.Ф. Чао, а также профессор материаловедения и наноинженерии. «Теперь мы можем синтезировать в режиме вспышки все остальные соединения периодической таблицы. Это большой прогресс».
Успех FWF заключается в его способности преодолеть ограничения по проводимости, характерные для традиционных методов джоулева нагрева. Команда, в которую вошли аспирант Чи Хун «Уилл» Чой и автор-корреспондент Йимо Хань, доцент кафедры химии, материаловедения и наноинженерии, включила внешний сосуд для флэш-нагрева, заполненный металлургическим коксом, и полузакрытый внутренний реактор, содержащий целевые реагенты. FWF генерирует интенсивное тепло температурой около 2 000 градусов Цельсия, которое быстро превращает реагенты в высококачественные материалы за счет теплопроводности.
Этот новый подход позволяет синтезировать более 20 уникальных, фазово-селективных материалов с высокой чистотой и постоянством, говорится в исследовании. Универсальность и масштабируемость FWF идеально подходит для производства полупроводниковых материалов нового поколения, таких как диселенид молибдена (MoSe2), диселенид вольфрама и альфа-фазный селенид индия, которые, как известно, трудно синтезировать с помощью традиционных методов.
«В отличие от традиционных методов, FWF не требует добавления проводящих агентов, что снижает образование примесей и побочных продуктов, — говорит Чой.
Этот прогресс создает новые возможности в электронике, катализе, энергетике и фундаментальных исследованиях. Он также предлагает устойчивое решение для производства широкого спектра материалов. Более того, FWF может произвести революцию в таких отраслях, как аэрокосмическая, где материалы, подобные MoSe2, полученному с помощью FWF, демонстрируют превосходные характеристики в качестве твердотельных смазочных материалов.
«FWF представляет собой революционный сдвиг в синтезе материалов», — говорит Хан. «Обеспечивая масштабируемый и устойчивый метод производства высококачественных твердотельных материалов, он устраняет барьеры в производстве, прокладывая путь к более чистому и эффективному будущему».
В нашем Telegram‑канале, и группе ВК вы найдёте новости о непознанном, НЛО, мистике, научных открытиях, неизвестных исторических фактах. Подписывайтесь, чтобы ничего не пропустить.
Похожие статьи
ДРУГИЕ НОВОСТИ
