کشف کریستال هوشمند با قابلیت تنفس اکسیژن: پژوهشی نوین در مسیر انرژیهای پایدار
دانشمندان کرهای و ژاپنی در مطالعهای پیشگامانه، کریستالی از جنس اکسید فلز (حاوی استرانسیم، آهن و کبالت) کشف کردهاند که قادر به جذب و آزادسازی مکرر اکسیژن در دماهای پایین است. این ماده، که مانند ریه عمل میکند، میتواند انقلابی در فناوریهایی مانند سلولهای سوختی، دستگاههای کنترل حرارتی و پنجرههای هوشمند ایجاد کند و به کاهش آلودگی هوا کمک شایانی نماید. نتایج این پژوهش در مجله Nature Communications منتشر شده است.
در جهانی که چالشهای زیستمحیطی مانند آلودگی هوا، تنفس را برای بسیاری دشوار کرده، پیشرفتهای علمی امید تازهای به ارمغان آوردهاند. اخیراً، گروهی از پژوهشگران از کره جنوبی و ژاپن، مادهای کریستالی نوآورانه را معرفی کردهاند که با مکانیسمی شبیه به تنفس، اکسیژن را به طور تکرارشونده جذب و رها میکند. این کشف، که در دماهای معتدل عمل میکند، پتانسیل دگرگونی اساسی در حوزه انرژیهای تجدیدپذیر و فناوریهای سبز را دارد.
بر اساس گزارش سایت Phys.Org، این تیم تحقیقاتی موفق به توسعه نوعی کریستال مبتنی بر اکسیدهای فلزی شده که از عناصری مانند استرانسیم، آهن و کبالت تشکیل یافته است. ویژگی برجسته این ماده، توانایی آزادسازی اکسیژن در محیطهای گازی ساده هنگام گرمایش و سپس بازجذب آن بدون آسیب به ساختار اصلی است. این چرخه میتواند بارها تکرار شود، که آن را برای استفادههای عملی و روزمره مناسب میسازد.
سلولهای سوختی، به عنوان یکی از کلیدیترین فناوریهای انرژی پاک، از انرژی شیمیایی سوختهایی مانند هیدروژن برای تولید برق بهره میبرند. این سیستمها قادرند از منابع متنوعی استفاده کنند و برق مورد نیاز از مقیاسهای بزرگ مانند نیروگاهها تا دستگاههای کوچک مانند لپتاپها را تأمین نمایند. در مقایسه با موتورهای احتراقی سنتی، سلولهای سوختی کارایی بالاتر، انتشار گازهای گلخانهای کمتر (یا حتی صفر) و مزایای زیستمحیطی بیشتری ارائه میدهند.
پروفسور هیونگجین جین، رهبر این پروژه از دانشگاه ملی پوسان کره، این کریستال را به “ریهای مصنوعی” تشبیه کرده که بر اساس دستورات خارجی، عملیات جذب و آزادسازی اکسیژن را مدیریت میکند. کنترل دقیق اکسیژن در مواد، نقش حیاتی در پیشرفتهایی مانند سلولهای سوختی اکسید جامد دارد که برق را با حداقل آلایندهها تولید میکنند. علاوه بر این، کاربردهای آن به ترانزیستورهای حرارتی (که گرما را مانند کلیدهای الکتریکی کنترل میکنند) و پنجرههای هوشمند (که جریان حرارتی را بر اساس شرایط آب و هوایی تنظیم مینمایند) گسترش مییابد.
در گذشته، مواد مشابه اغلب شکننده بودند یا تنها در شرایط极端 مانند دماهای بسیار بالا عملکرد داشتند، اما این کریستال جدید در محیطهای ملایمتر پایدار میماند. پروفسور جین تأکید میکند که این نوآوری دو جنبه منحصربهفرد دارد: کاهش انتخابی یونهای کبالت و تشکیل ساختاری کریستالی کاملاً نو و مقاوم.
پژوهشگران اثبات کردهاند که این فرآیند کاملاً برگشتپذیر است، به طوری که با بازگرداندن اکسیژن، ماده به حالت اولیه خود بازمیگردد. پروفسور هیروماچی اوهتا از موسسه تحقیقات علوم الکترونیک دانشگاه هوکایدو ژاپن، این دستاورد را “گامی عظیم به سوی مواد هوشمند خودتطبیقپذیر” توصیف کرده است. دامنه کاربردهای این کریستال از تولید انرژی سبز تا الکترونیک پیشرفته و حتی مصالح ساختمانی سازگار با محیط زیست گسترده است.
این مطالعه، تحت هدایت پروفسور هیونگجین جین و با همکاری پروفسور هیروماچی اوهتا، در تاریخ ۱۵ آگوست ۲۰۲۵ در مجله معتبر Nature Communications منتشر گردید.
اهمیت این پژوهش در پرتو گزارشهای جهانی مانند ویرایش پنجم وضعیت هوای جهان (SoGA) بیشتر نمایان میشود. این گزارش نشان میدهد که آلودگی هوا به دومین عامل مرگومیر جهانی تبدیل شده و در سال ۲۰۲۱، مسئول ۸.۱ میلیون مرگ بوده است. علاوه بر این، میلیونها نفر با بیماریهای مزمن دست و پنجه نرم میکنند که بار سنگینی بر سیستمهای بهداشتی و اقتصادی تحمیل مینماید. بنابراین، پیشرفتهایی مانند این کریستال نه تنها یک گزینه، بلکه ضرورتی حیاتی برای آیندهای پایدار به شمار میروند.
