เป็นที่รู้กันว่ากราฟีนและวัสดุคาร์บอนอื่นๆ สามารถเปลี่ยนแปลงโครงสร้างและแม้กระทั่งข้อบกพร่องที่รักษาตัวเองได้ แต่กระบวนการที่เกี่ยวข้องกับการจัดเรียงอะตอมใหม่เหล่านี้มักมีอุปสรรคด้านพลังงานสูง ดังนั้นจึงไม่ควรเกิดขึ้นภายใต้สภาวะปกติ ขณะนี้ทีมนักวิจัยนานาชาติในเกาหลี สหราชอาณาจักร ญี่ปุ่น สหรัฐอเมริกา และฝรั่งเศสได้ไขปริศนานี้แล้ว โดยแสดงให้เห็นว่าอะตอมของคาร์บอน
ที่เคลื่อนที่
อย่างรวดเร็วนั้นกระตุ้นกระบวนการปรับโครงสร้างหลายอย่าง กราฟีน แผ่นคาร์บอนที่มีความหนาเพียงหนึ่งชั้นอะตอม เป็นระบบที่เหมาะสำหรับการศึกษาข้อบกพร่องเนื่องจากโครงสร้างองค์ประกอบเดี่ยวแบบสองมิติที่เรียบง่าย จนถึงขณะนี้ นักวิจัยมักจะอธิบายวิวัฒนาการทางโครงสร้างของข้อบกพร่อง
ของกราฟีนผ่านกลไกที่เรียกว่าการหมุนพันธะแบบ กลไกนี้เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงการเชื่อมต่อของอะตอมภายในแลตทิซ แต่มีพลังงานกระตุ้นค่อนข้างมาก ทำให้มัน “ถูกห้าม” หากไม่มีความช่วยเหลือในรูปแบบใดรูปแบบหนึ่ง นักวิจัยที่นำ ใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านที่ดีที่สุด
พบว่าสิ่งที่เรียกว่า “อะตอมตัวกลาง” ซึ่งเป็นอะตอมของคาร์บอนที่ไม่พอดีกับกราฟีนแลตทิซ ทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ช่วยให้พันธะแตกหักและก่อตัวขึ้น “ก่อนหน้านี้ ความสำคัญของ ‘ผู้ช่วยเหลือ’ ที่รวดเร็วและมองไม่เห็นเหล่านี้ถูกประเมินต่ำเกินไป เพราะพวกมันเคลื่อนที่เร็วมาก
และแทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะสังเกตเห็น” คริสโตเฟอร์ อีเวลส์ หัวหน้าทีมร่วม นักวิทยาศาสตร์นาโนแห่งมหาวิทยาลัยน็องต์กล่าว กล่าวว่าความก้าวหน้าเกิดขึ้นเมื่อพวกเขาตระหนักว่าอะตอมที่เคลื่อนที่เร็วเหล่านี้มักจะเคลื่อนที่ช้าลงเมื่อถูกผูกมัดกับข้อบกพร่องที่มีอยู่ในโครงตาข่าย
“เทคนิคของเราเปรียบได้กับรายการเกี่ยวกับธรรมชาติทางโทรทัศน์ ซึ่งตากล้องมักมีช่วงเวลาที่ยากลำบากในการถ่ายทำสัตว์บางชนิด ซึ่งอาจขี้อายได้” เขาอธิบาย “ดังนั้น บางครั้งพวกเขาจึงซ่อนตัวอยู่ในที่ซ่อนใกล้กับแอ่งน้ำ ซึ่งพวกเขารู้ว่าสัตว์เหล่านี้ต้องไปแน่นอน และนั่นคือวิธีที่พวกเขาได้ฟุตเทจ
จากภาพยนตร์
“ในกรณีของเรา อะตอมของสื่อกลางยิงไปรอบๆ เร็วเกินไปสำหรับกล้องของเรา แทนที่จะถ่ายภาพและเฝ้าดูข้อบกพร่องที่มีอยู่ก่อน (รูระบายน้ำ) ที่ดักจับอะตอมของผู้ไกล่เกลี่ยเป็นครั้งคราว (ซึ่งอาจอยู่ใกล้ข้อบกพร่องเป็นวินาที นาที หรือแม้แต่ชั่วโมง) เราสามารถถ่ายภาพและสังเกตว่าสิ่งเหล่านี้
มีอิทธิพลต่อการปรับโครงสร้างข้อบกพร่องอย่างไร” เนื่องจากภาพเบลอเนื่องจากความเร็วของกระบวนการที่เกี่ยวข้อง จึงจำเป็นต้องมีการคำนวณแบบจำลองเชิงทฤษฎีโดยละเอียดเพื่อตีความ การคำนวณเหล่านี้ทำขึ้นและเพื่อนร่วมงานของเขาที่ CNRS ในเมืองน็องต์
ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้งานอยู่ อะตอมของผู้ไกล่เกลี่ยทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาเนื่องจากพันธะที่ห้อยต่องแต่งปฏิกิริยาของพวกมัน โดยการยึดติดกับไซต์ที่มีข้อบกพร่องและลดพลังงานกระตุ้นของปฏิกิริยา พวกมันกระตุ้นกระบวนการทำลายพันธะและการสร้างพันธะที่หลากหลาย ในบางกรณี
ตัวไกล่เกลี่ยจะรวมอยู่ในโครงตาข่าย ไล่อะตอมที่มีอยู่แล้วออกไป และทำให้อะตอมที่ขับออกมาเป็นตัวกลางในการจัดเรียงใหม่เพิ่มเติม (ดูภาพด้านบน) “กระบวนการเหล่านี้อาจเกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมอื่นๆ มากมาย ตั้งแต่เคมีคาร์บอนระหว่างดวงดาวไปจนถึงตัวกลั่นกราไฟต์ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์”
กล่าว งานใหม่นี้จึงให้ความเข้าใจพื้นฐานที่สำคัญว่ากราฟีนและวัสดุ 2 มิติที่เกี่ยวข้องจัดเรียงโครงสร้างและซ่อมแซมตัวเองอย่างไร เขากล่าวเสริม นักวิจัยซึ่งรายงานผลของพวกเขาคาดการณ์ว่าสปีชีส์ของอะตอมที่เป็นสื่อกลางที่คล้ายกันอาจมีอยู่ในวัสดุจำนวนมากอื่นๆ ตอนนี้พวกเขาวางแผนที่
การพัฒนา
ล่าสุดในการใช้สนามแม่เหล็กสูงและเทคนิค NMR แบบพัลซิ่งทำให้สามารถตรวจสอบโครงสร้างของสารประกอบอินทรีย์ที่ซับซ้อนพอๆ กับโปรตีนได้ นอกจากนี้ เครื่องสร้างภาพตามหลักการ NMR ยังได้รับการพัฒนา และขณะนี้มีเครื่องมือที่ทรงพลังและไม่รุกรานสำหรับการวินิจฉัย
สภาวะทางการแพทย์ที่หลากหลาย อย่างไรก็ตาม การประยุกต์ใช้ NMR ในการวิเคราะห์อาหารและเครื่องดื่มยังไม่เป็นที่รู้จักมากนัก ที่ศูนย์วิจัยร่วมที่ Ispra เรากำลังใช้เทคนิคในการตรวจสอบว่าไวน์มีการปลอมปนด้วยสารแปลกปลอมหรือไม่ วิธีนี้ขึ้นอยู่กับการวัด NMR ของปริมาณดิวทีเรียมในไวน์
นิวเคลียร์แมกเนติกเรโซแนนซ์สังเกตได้จากนิวเคลียสที่มีนิวเคลียสสปินไม่เป็นศูนย์ ซึ่งรวมทั้งนิวเคลียสของไฮโดรเจน (โปรตอน) และนิวเคลียสดิวเทอเรียม (โปรตอนและนิวตรอน) อย่างไรก็ตาม คุณสมบัติทางกายภาพของไอโซโทปทั้งสองนี้บ่งชี้ว่าสัญญาณ NMR ที่ผลิตโดยนิวเคลียสดิวทีเรียมนั้น
อ่อนแอกว่าสัญญาณที่ผลิตโดยนิวเคลียสไฮโดรเจนจำนวนเท่ากันถึง 100 เท่า ความอุดมสมบูรณ์ตามธรรมชาติของดิวทีเรียมก็ต่ำมากเช่นกัน โดยตัวอย่างทั่วไปของไฮโดรเจนจะมีดิวทีเรียมประมาณ 0.015% เท่านั้น ซึ่งหมายความว่าสัญญาณ NMR ที่เกิดจากดิวทีเรียมในตัวอย่างธรรมชาติ
ที่มีไฮโดรเจนจะอ่อนกว่าสัญญาณที่เกิดจากไฮโดรเจนประมาณล้านเท่า แม้จะมีข้อเสียนี้ ดิวทีเรียมก็มีคุณสมบัติที่น่าสนใจมากสำหรับ NMR เชิงปริมาณ ดิวทีเรียมมีโมเมนต์แม่เหล็กสี่ขั้วมากกว่าโมเมนต์ไดโพล ซึ่งหมายความว่าไม่ได้รับผลกระทบจากนิวเคลียร์โอเวอร์เฮาเซอร์เอฟเฟกต์
ผลกระทบนี้ ซึ่งการแผ่คลื่นความถี่วิทยุที่ส่งไปยังนิวเคลียสจะเปลี่ยนความแรงของเรโซแนนซ์ มักถูกใช้เพื่อปรับปรุงสัญญาณ NMR แต่ก็ลดความแม่นยำของเทคนิคเชิงปริมาณด้วย แท้จริงแล้ว ดิวทีเรียมสเปกตรัมโดยทั่วไปแสดงพีคที่แตกต่างกันซึ่งเหมาะสำหรับจุดประสงค์เชิงปริมาณ
credit : สล็อตเว็บตรง100 / ดูหนังฟรี / 50รับ100
