नैनो पैटर्न नियंत्रण में शक्ति लाता है

सोडियम कोबाल्ट ऑक्साइड लैपटॉप बैटरी के लिए एक उत्तम सामग्री के रूप में, एक शीतलक या सुपरकंडक्टर के रूप में

सोडियम कोबाल्ट ऑक्साइड की परत संरचना (सोडियम = नीला और लाल) © हैन-मैटनर-इंस्टीट्यूट
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सोडियम परमाणुओं का एक नियमित नैनो-पैटर्न यौगिक सोडियम कोबाल्ट ऑक्साइड को लैपटॉप बैटरी, कुशल शीतलक या सुपरकंडक्टर्स के लिए एक आदर्श सामग्री बना सकता है। वैज्ञानिकों ने अब शुरू में धातु सामग्री से एक इन्सुलेटर और फिर एक सुपरकंडक्टर बनाने में सफलता हासिल की है। इस प्रकार, एक बिजली आपूर्तिकर्ता के रूप में उपयोग करने की शर्तें दी गई हैं, क्योंकि शोधकर्ता अब "नेचर" पत्रिका में रिपोर्ट करते हैं।

परमाणु स्तर पर, सोडियम कोबाल्ट ऑक्साइड (NaxCoO) में एक संरचना होती है जिसमें कोबाल्ट ऑक्साइड की परतें सोडियम परमाणुओं के साथ वैकल्पिक होती हैं। सोडियम परमाणुओं को नियमित पैटर्न में व्यवस्थित किया जाता है और जिससे सामग्री के विद्युत गुणों का निर्धारण होता है। उदाहरण के लिए, यदि सोडियम परमाणु दूर हैं, प्रत्येक परमाणु इलेक्ट्रॉनों को फंसा सकता है और प्रवाह के प्रवाह में बाधा उत्पन्न कर सकता है - पदार्थ इन्सुलेटर बन जाता है। दूसरी ओर, जब परमाणुओं को पंक्तियों में व्यवस्थित किया जाता है, तो वे तारों की तरह कार्य करते हैं, जिससे विद्युत धारा एक दिशा में प्रवाहित होती है।

व्यवस्था गुणों का निर्धारण करती है

हैन-मीटनर-इंस्टीट्यूट बर्लिन के प्रोफेसर एलन टेनेंट, जहां काम के लिए विचार आता है, बताते हैं: "वर्तमान प्रवाह के लिए जिम्मेदार इलेक्ट्रॉन तरंगों की तरह व्यवहार करते हैं, और वे अपनी तरंग दैर्ध्य को एक नियमित बाहरी संरचना में समायोजित करना चाहते हैं। सोडियम परमाणुओं का सटीक घनत्व उनकी ज्यामितीय व्यवस्था को निर्धारित करता है, एक रासायनिक संरचना के माध्यम से इलेक्ट्रॉनों को प्रभावित कर सकता है। जब सोडियम परमाणुओं को यादृच्छिक रूप से वितरित किया जाता है, तो संरचना में छोटे परिवर्तन शायद ही पदार्थ में वर्तमान को बदल देंगे। " एलन टेनेंट जोर देते हैं कि परिणाम तकनीकी रूप से बहुत मूल्यवान हैं, क्योंकि "इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह को अधिक सटीक रूप से नियंत्रित करने की हमारी क्षमता सूचना और संचार प्रौद्योगिकियों में तेजी से प्रगति संभव बनाती है।"

बढ़ी हुई सॉलिड-स्टेट बैटरियों ने आईपॉड, सेल फोन और अन्य पोर्टेबल इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में विशेष रूप से क्रांति ला दी है। लैपटॉप की बैटरी आज लिथियम कोबाल्ट ऑक्साइड से बनी है - एक पदार्थ जो सोडियम कोबाल्ट ऑक्साइड के समान है। लिथियम परमाणुओं की सांद्रता को बदलकर उन्हें चार्ज किया जाता है। "हम जानते हैं कि लिथियम परमाणुओं को भी नियमित पैटर्न में व्यवस्थित किया जाता है, और उन्हें सोडियम यौगिकों के समान ही रोमांचक व्यवहार करना चाहिए, " टेनेंट कहते हैं।

सोडियम कोबाल्ट ऑक्साइड में सोडियम परमाणुओं (लाल, नीला) की व्यवस्था © हैन-मैटनर-इंस्टीट्यूट

शीतलन पैटर्न

सोडियम कोबाल्ट ऑक्साइड कुशल थर्मोइलेक्ट्रिक कूलिंग सिस्टम का आधार भी हो सकता है क्योंकि यह उन कुछ पदार्थों में से एक है जो आवश्यक शर्तों को पूरा करता है: यह खराब गर्मी का संचालन करता है, लेकिन बिजली का एक अच्छा कंडक्टर है। इसका कारण दिखाया गया संरचना द्वारा चित्रित किया जा सकता है: लाल-लेबल वाले सोडियम परमाणु नीले-लेबल वाले परमाणुओं द्वारा गठित "पिंजरों" में फंस गए हैं। प्रदर्शन

वे इन "पिंजरों" में दोलन कर सकते हैं और इस प्रकार ऊष्मा के एक बड़े भाग को अवशोषित कर सकते हैं जो पदार्थ के माध्यम से एक ही समय में बिना विद्युत प्रवाह के अपने प्रवाह में चला जाता है। रेन। उपन्यास थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री अधिक कुशल शीतलन प्रक्रियाओं का रास्ता खोल सकती है, जिससे भू-तापीय ऊर्जा या साधारण बिजली संयंत्रों में उत्पादित गर्म पानी से बिजली बनाने में मदद मिल सकती है।

"मधुकोश" में सोडियम परमाणु

शोधकर्ताओं ने विभिन्न सोडियम सांद्रता के लिए कई सोडियम पैटर्न पाए। यह समझने के लिए कि ये कैसे उत्पन्न होते हैं, कोई भी परमाणुओं को पत्थर के रूप में कल्पना कर सकता है। ऑक्सीजन परमाणुओं को एक मधुकोश पैटर्न में सोडियम परमाणुओं के साथ व्यवस्थित किया जाता है जो उन दोनों के बीच बने कुओं में होता है। क्योंकि सोडियम परमाणु बहुत बड़े हैं, उनमें से दो आसन्न कुओं में झूठ नहीं बोल सकते हैं, ताकि अधिकतम सोडियम एकाग्रता में केवल हर दूसरे कुएं पर कब्जा हो। यह दो प्रकार के संभावित सोडियम पदों का निर्माण करता है। इसके अलावा, सोडियम परमाणु एक दूसरे को पीछे हटाते हैं, इसलिए वे यथासंभव अलग होने की कोशिश करते हैं। वास्तविक संरचना एक निश्चित एकाग्रता पर सर्वोत्तम व्यवस्था को दर्शाती है जो इन आवश्यकताओं को पूरा करती है।

सोडियम संरचनाओं को स्पष्ट करने के लिए आवश्यक प्रायोगिक डेटा न्यूट्रॉन और सिंक्रोट्रॉन विकिरण प्रयोगों द्वारा यूके में हैन-मीटनर-इंस्टीट्यूट बर्लिन और रदरफोर्ड एपलटन लेबरट्रॉरी में प्रदान किए गए थे। सुपरकंप्यूटर MAP2 का उपयोग करना, जो आमतौर पर प्राथमिक कण भौतिकी में गणना के लिए लिवरपूल विश्वविद्यालय में उपयोग किया जाता है, वैज्ञानिक तब सोडियम पैटर्न को डिक्रिप्ट करने में सक्षम थे।

ऑक्सफोर्ड और ब्रिस्टल के विश्वविद्यालयों के शोधकर्ताओं, बर्लिन सिंक्रोट्रॉन विकिरण स्रोत बेसी और यूरोपीय सिंक्रोट्रॉन विकिरण स्रोत ईएसआरएफ ने भी इस यूरोपीय सहयोग में भाग लिया।

(हैन-मैटनर-इंस्टीट्यूट बर्लिन, 08.02.2007 - NPO)