محققان دانشگاه واندربیلت با همکاری محققان آزمایشگاه ملی لاورنس برکلی و دانشمند ایرانی دانشگاه کالیفرنیا در برکلی سیستم جدیدی ساخته‌اند که می‌تواند به طور مستقیم روشی را که نانوبلورها به جذب و آزادسازی هیدروژن و گازهای دیگر می‌پردازند بررسی کند.
به گزارش راه مردم به نقل ازایسنا، این سیستم که با همکاری دکتر علی جاوه‌ای، استاد مهندسی برق و علوم رایانه دانشگاه کالیفرنیا در برکلی ساخته و جزئیات آن در مجله Nature Materials منتشر شده، می‌تواند به ساخت مبدل‌های کاتالیزور موثرتر، باتری‌های ارتقا یافته و حسگرهای گاز حساستر منجر شود.
در 30 سال گذشته، پژوهش‌های بسیار زیادی در زمینه نانوبلورها - بلورهای ریز با اندازه بین یک تا 100 نانومتر - انجام شده است؛ چرا که انتظار می‌رود آنها به دلیل برخورداری از ویژگی‌های منحصربه فرد فیزیکی و شیمیایی بتوانند در طیف وسیعی از کاربردها مورد استفاده قرار گیرند.
گروهی از این کاربردها بر قابلیت نانوبلورها در گرفتن مولکول‌ها و ذرات خاص از هوا و سپس آزادسازی آنها در فرآیندی موسوم به «جذب و واجذب» تکیه دارند. پیشرفت در این حوزه در اثر محدودیتهای شیوه‌های موجود برای اندازه‌گیری تغییرات فیزیکی و شیمیایی که در هر نانوبلور در طول فرایند رخ می‌دهد، به تاخیر افتاده است.
در نتیجه پیشرفت‌ها با شیوه آزمون و خطا به دست آمده و به نمونه‌های مهندسی و اشکال هندسی خاص محدود بوده‌اند.
این شیوه بر اساس یک فرآیند استاندارد موسوم به طیف‌سنجی فلوئورسانت است. یک پرتو لیزر بر روی نانوبلورهای هدف متمرکز شده و منجر به درخشش آنها می‌شود. با جذب مولکول‌های گاز توسط نانوبلورها، قدرت فلوئورسنت آنها کاهش یافته و با آزادسازی این مولکول‌ها، دوباره افزایش می‌یابد.
محققان برای آزمایش شیوه خود به بررسی سنجش گاز هیدروژن با نانوبلورهای ساخته شده از پالادیوم پرداختند. انتخاب پالادیوم از آن رو بوده که این ماده بسیار ثابت بوده و به آسانی هیدروژن جذب شده را آزاد می‌کند.
محققان هیدروژن را به دلیل علاقه به استفاده از آن به عنوان جایگزینی برای بنزین انتخاب کردند. یکی از موانع فنی برای این سناریو، ساخت یک شیوه ذخیره مقرون به صرفه و ایمن بود. یک سیستم هیدرید فلزی مبتنی بر نانوبلور یکی از رویکردهای نویدبخش در حال ساخت است.
سنجش‌های انجام شده توسط این دانشمندان نشان داد که اندازه نانوبلورها از یک تاثیر بسیار قویتر بر سرعت جذب و آزادسازی هیدروژن توسط ماده و میزان هیدروژنی که ماده می‌تواند نسبت به انتظارات گذشته جذب کند، برخوردار است. اینها ویژگی های کلیدی برای یک سیستم ذخیره هیدروژن محسوب می شوند. هر چه اندازه ذره کوچکتر باشد، ماده با سرعت بیشتر می‌تواند میزان گاز بیشتری را جذب کرده و با سرعت بیشتر آنرا آزاد کند.
محققان همچنین مشخص کردند که سرعت جذب و واجذب با سه عامل فشار، دما و اندازه نانوبلور تعیین می‌شود. آنها بر پایه این اطلاعات جدید یک سیستم شبیه سازی رایانه‌یی ساده ساخته‌اند که می‌تواند سرعت جذب و واجذب را در طیف‌های مختلف گونه و اندازه نانوبلور با گازهای مختلف پیش‌بینی کند.
