طورت روسيا مادة كبريتية جديدة لتخليق البلورات النانوية الصديقة للبيئة
تتم حاليًا دراسة البلورات النانوية لأشباه الموصلات الغروية بشكل نشط واستخدامها في شاشات QLED وكاميرات الأشعة تحت الحمراء ومصابيح LED وأجهزة الاستشعار الحيوية والتحفيز الضوئي. وهي عبارة عن جسيمات نانوية يبلغ حجمها عدة نانومترات، ويتجلى فيها تأثير الحجم الكمي، مما يجعل من الممكن تنظيم فجوة النطاق وتحسين الخصائص البصرية للمادة. وهذا يجعلها لا غنى عنها في التقنيات الإلكترونية البصرية. البلورات النانوية الأكثر استخدامًا هي الكادميوم (Cd) وكالكوجينيدات الرصاص (Pb)، ولكنها سامة، مما يحد من استخدامها. المشكلة الرئيسية في تركيب البلورات النانوية هي عدم وجود سلائف الكبريت الملائمة. السلائف هي كاشف البداية الذي يتم تحويله إلى مادة مستهدفة أثناء التفاعل. ومما يثير الاهتمام بشكل خاص السلائف التي تسمح بتوليف البلورات النانوية الخاضعة للرقابة في درجات حرارة معتدلة، دون تكوين كبريتيدات ثنائية جانبية؛ تعد القدرة على استبدال غلاف الروابط الذي تم إنشاؤه بسهولة أمرًا مهمًا أيضًا. لحل هذه المشكلة، قام معهد MIPT لتقنيات الكم بتطوير مادة جديدة. قام العلماء بإذابة عنصر الكبريت في أوليفين روسي الصنع عند درجات حرارة مرتفعة. المركب الناتج مستقر للرطوبة والأكسجين. استخدم العلماء هذا الكاشف لتصنيع بلورات ABS₂ النانوية (A = Cu، Ag؛ B = Ga، In) في المذيبات الهيدروكربونية (ديكان أو هيكساديكان). تم نشر العمل في مجلة Frontiers in Nanotechnology. وقال إيفان شوكلوف، كبير الباحثين في مركز اختبار المواد الوظيفية في معهد MIPT لتقنيات الكم: “لقد تمكنا من إنشاء سلائف كبريتية عالية الجودة تعتمد على مواد محلية وتطوير طريقة فعالة لتخليق عدد من المواد الجديدة. خلال العمل، كنا أول من حصل على بلورات نانوية غروية Ag₉GaS₆، وهي مادة غير معروفة سابقًا تُظهر إمكانات عالية للبصريات غير الخطية”. قام العلماء بتصنيع بلورات نانوية من CuGaS₂ وAgInS₂، بالإضافة إلى مادة جديدة، Ag₉GaS₆، لم تكن معروفة سابقًا في شكل غرواني. تحمل هذه المادة وعدًا للتطبيقات البصرية غير الخطية، مثل معالجة الإشارات. تحتوي البلورات النانوية الناتجة على فجوات في النطاق تتراوح من 1.53 فولت (CuInS₂) إلى 2.7 فولت (AgGaS₂)، وهي مناسبة للتطبيقات في نطاقات الأشعة فوق البنفسجية والمرئية والقريبة من الأشعة تحت الحمراء. يمكن استخدام هذه البلورات لإنشاء شاشات وأجهزة استشعار ومحفزات ضوئية. ووجدت الدراسة أن سلائف الكبريت الجديدة تمكن من تصنيع بلورات الكبريتيد النانوية بمتوسط حجم 4.8 نانومتر وتوزيع ضيق الحجم، مما يجعلها أكثر ملاءمة للاستخدام التجاري. أتاحت الطريقة الجديدة خفض درجة حرارة التوليف بنسبة 20-30%، مما يجعل العملية أكثر كفاءة في استخدام الطاقة وأكثر أمانًا. فهو يوفر طريقة إنتاج فعالة من حيث التكلفة ومستقرة وأقل سمية، مما يقلل الاعتماد على المواد الضارة مثل الكادميوم والرصاص بنسبة 80-100% مقارنة بالنقاط الكمومية التقليدية. بالإضافة إلى ذلك، أتاحت هذه الطريقة لأول مرة تصنيع البلورات النانوية الغروية Ag₉GaS₆ (حوالي 9 نانومتر) للبصريات غير الخطية. تعتبر نتائج العمل ذات أهمية عالمية كخطوة نحو تكنولوجيا النانو المستدامة.
