مادة مسامية متوسطة

المادة المسامية المتوسطة (أو فائقة المسامية النانوية ^{[ 2 ]} ) هي مادة نانوية المسام تحتوي على مسام بأقطار تتراوح بين 2 و50  نانومتر، وفقًا لتسمية الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC) . ^{[ 3 ] [ 4 ]} وللمقارنة، يُعرّف الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية المادة المسامية الدقيقة بأنها مادة ذات مسام أصغر من 2  نانومتر في القطر، والمادة المسامية الكبيرة بأنها مادة ذات مسام أكبر من 50  نانومتر في القطر.

تشمل المواد المسامية المتوسطة النموذجية بعض أنواع السيليكا والألومينا التي تحتوي على مسامات متوسطة الحجم متقاربة. كما تم الإبلاغ عن أكاسيد مسامية متوسطة من النيوبيوم والتنتالوم والتيتانيوم والزركونيوم والسيريوم والقصدير . ومع ذلك ، يُعد الكربون المسامي المتوسط ​​المادة الرائدة في هذا المجال ، وله تطبيقات مباشرة في أجهزة تخزين الطاقة. ^{[ 5 ]} يتميز الكربون المسامي المتوسط ​​بمسامية ضمن نطاق المسام المتوسطة ، مما يزيد بشكل ملحوظ من مساحة سطحه النوعية. ومن المواد المسامية المتوسطة الشائعة الأخرى الكربون المنشط ، الذي يتكون عادةً من هيكل كربوني ذي مسامية متوسطة ومسامية دقيقة، وذلك تبعًا لظروف تصنيعه.

بحسب الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC)، يمكن أن تكون المادة المسامية المتوسطة غير منتظمة أو منتظمة في بنيتها المتوسطة. في المواد غير العضوية البلورية، تحدّ البنية المسامية المتوسطة بشكل ملحوظ من عدد وحدات الشبكة البلورية، مما يُغير بشكل كبير كيمياء الحالة الصلبة. على سبيل المثال، يختلف أداء البطاريات المصنوعة من مواد فعالة كهربائيًا مسامية متوسطة اختلافًا كبيرًا عن أداء البطاريات المصنوعة من مواد ذات بنية صلبة. ^{[ 6 ]}

تم تسجيل براءة اختراع لإجراء إنتاج مواد مسامية متوسطة (السيليكا) حوالي عام 1970، ^{[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]} وظلت الطرق القائمة على عملية ستوبر من عام 1968 ^{[ 10 ]} مستخدمة حتى عام 2015. ^{[ 11 ]} وقد مرّ هذا الإجراء دون أن يلاحظه أحد تقريبًا ^{[ 12 ]} ، وتمت إعادة إنتاجه في عام 1997. ^{[ 13 ]} وفي عام 1990، قام باحثون في اليابان بتصنيع جسيمات نانوية من السيليكا المسامية المتوسطة (MSNs) بشكل مستقل. ^{[ 14 ]} ثم تم إنتاجها لاحقًا في مختبرات شركة موبيل ^{[ 15 ]} وأُطلق عليها اسم مواد موبيل البلورية ، أو MCM-41. ^{[ 16 ]} ولم تسمح طرق التصنيع الأولية بالتحكم في جودة مستوى المسامية الثانوي الناتج. لم تظهر المواد مستوىً حقيقيًا من المسامية الهرمية وخصائص نسيجية محسّنة إلا باستخدام كاتيونات الأمونيوم الرباعية وعوامل السيلنة أثناء عملية التخليق. ^{[ 17 ] [ 18 ]} كما تم إنتاج مواد مسامية متوسطة على شكل أغشية رقيقة عبر التجميع الذاتي الناتج عن التبخر، في هياكل وتراكيب مسامية متوسطة منظمة مختلفة. ^{[ 19 ]}

منذ ذلك الحين، شهد البحث في هذا المجال نموًا مطردًا. ومن الأمثلة البارزة على التطبيقات الصناعية الواعدة: التحفيز ، والامتزاز، واستشعار الغازات، والبطاريات، ^{[ 20 ]} وتبادل الأيونات، والبصريات ، والخلايا الكهروضوئية . وفي مجال التحفيز، تُعدّ الزيوليتات موضوعًا ناشئًا، حيث تُدرس المسامية المتوسطة كدالة للمحفز لتحسين أدائه لاستخدامه في التكسير التحفيزي المائع .

ينبغي الأخذ في الاعتبار أن هذه المسامية المتوسطة تشير إلى تصنيف المسامية النانوية، وقد تُعرَّف المسام المتوسطة بشكل مختلف في سياقات أخرى؛ على سبيل المثال، تُعرَّف المسام المتوسطة بأنها تجاويف بأحجام تتراوح بين 30  و75  ميكرومتر في سياق التجمعات المسامية مثل التربة. ^{[ 21 ]}

• توصيف الفراغات المسامية في التربة
• المواد النانوية المسامية
• السيليكا المسامية
• ثاني أكسيد السيليكون