مادهای با سطح یک زمین فوتبال در چند گرم؛ پایان عصر سیلیکون نزدیک است؟
"عمر یاغی" شیمیدان برجسته دانشگاه کالیفرنیا در برکلی و از برندگان جایزه نوبل شیمی ۲۰۲۵ و جایزه مصطفی (ص) ۲۰۱۵ معتقد است نسل تازهای از مواد که او در شکلگیری آنها نقش پیشگام داشته میتواند چهره قرن آینده را دگرگون کند. این مواد که چارچوبهای فلزی–آلی یا MOF نام دارند ساختارهایی بلوری و بهشدت متخلخل هستند؛ بهطوریکه تنها چند گرم از آنها دارای سطح داخلیای هماندازه یک زمین فوتبال است.
به گزارش برنا، در روایت تاریخی پیشرفت بشر هر دوره با یک ماده شاخص شناخته میشود؛ از عصر سنگ و مفرغ گرفته تا دوران معاصر که بهواسطه سلطه تراشهها و ادوات الکترونیکی، عصر سیلیکون نام گرفته است. به باور یاغی اکنون در آستانه ورود به عصری تازه قرار داریم که ممکن است با مواد فوقمتخلخل تعریف شود؛ موادی که قابلیت ذخیره، جداسازی و واکنشپذیری شیمیایی را در مقیاسی بیسابقه فراهم میکنند.
MOFها و گونههای مشابه آنها موسوم به چارچوبهای آلی کووالانسی (COF) از اتصال منظم اجزای مولکولی به یکدیگر ساخته میشوند و شبکههایی سهبعدی با حفرههای فراوان ایجاد میکنند. وجه تمایز این مواد با جامدات متداول در همین تخلخل فوقالعاده بالاست. در سال ۱۹۹۹ یاغی و همکارانش با ساخت مادهای بر پایه روی به نام MOF-۵ نشان دادند که میتوان جامدی تولید کرد که تقریبا تمام حجم آن از فضاهای خالی تشکیل شده است. نتیجه این طراحی آن بود که سطح داخلی ماده بهطرزی شگفتانگیز از سطح بیرونی آن بزرگتر شد؛ ویژگیای که امکان جذب و نگهداری مقادیر زیادی از مولکولهای دیگر را فراهم میکند.
این دستاورد آغازگر حوزهای به نام شیمی رتیکولار بود؛ رویکردی که به جای کشف تصادفی مواد بر طراحی مهندسیشده شبکههای بلوری با اجزای از پیش تعیینشده تکیه دارد.
به گزارش new scientist، این روش دانشمندان میتوانند اندازه حفرهها، شکل کانالها و نوع پیوندهای شیمیایی را بهدلخواه تنظیم کنند تا مادهای با عملکرد مشخص برای یک کاربرد خاص به دست آید.
همین قابلیت تنظیمپذیری باعث شده MOFها به نوعی ابر اسفنج مولکولی تبدیل شوند. این مواد میتوانند مولکولهای آب را از هوای بسیار خشک بیابان به دام بیندازند و راهی نو برای تامین آب در مناطق کمآب ارائه دهند. همچنین توانایی بالایی در جذب دیاکسیدکربن از هوا یا گازهای خروجی صنایع دارند و میتوانند در کاهش انتشار گازهای گلخانهای به کار گرفته شوند. ذخیرهسازی هیدروژن و متان برای سوختهای پاکتر، جداسازی دقیق گازها و بخارات شیمیایی و حتی کمک به انجام واکنشهای کاتالیزوری از دیگر کاربردهای در حال توسعه این خانواده مواد است.
این فناور مسلمان برنده جایزه مصطفی (ص) که طی چند دهه گذشته در خط مقدم توسعه انواع جدید MOF و COF قرار داشته آینده این حوزه را بسیار امیدوارکننده میداند. از نگاه او همانطور که سیلیکون زیرساخت دنیای دیجیتال امروز را ساخت مواد فوقمتخلخل میتوانند زیرساخت فناوریهای حیاتی قرن آینده در حوزههای آب، انرژی و محیطزیست را شکل دهند.
به گفته این شیمیدان توانایی طراحی هدفمند و دقیق این شبکههای مولکولی به دانشمندان اجازه میدهد موادی بسازند که مستقیما برای حل چالشهای جهانی بهینه شدهاند؛ از تولید آب آشامیدنی در اقلیمهای خشک گرفته تا جذب آلایندهها و مدیریت بهتر منابع انرژی.
او معتقد است با گسترش شیمی رتیکولار و ورود این مواد به مقیاس صنعتی عصر مواد متخلخل در حال طلوع است و میتواند تعریفکننده دوره بعدی پیشرفت فناوری بشر باشد.
انتهای پیام/
