Ученые Томского политехнического университета вместе с коллегами из Китая провели подробный анализ последних данных в области обработки новых двумерных материалов максенов (MXenes). Результаты исследования опубликованы в журнале Chemical Engineering Journal.
Новое семейство наноматериалов — максенов — было открыто около десяти лет назад. Это двумерные материалы, состоящие из переходных металлов, углерода и/или азота. Толщина максенов составляет всего несколько атомов, благодаря чему эти материалы становятся прекрасными кандидатами для использования, например, в качестве эффективных катализаторов, химических сенсоров.
Однако пока процесс получения нового материала несовершенен — в готовом максене могут присутствовать примеси и дефекты. Это приводит к тому, что свойства экспериментально изготовленных материалов серьезно отличаются от предсказанных теоретически. Кроме того, эти материалы отличаются низкой химической стабильностью на воздухе, их механические свойства также нуждаются в улучшении. Сейчас для этого используются различные стратегии, например, постобработка легированием, модификация функциональными группами, формирование композитов.
«Наш коллектив изучил стратегии, которые помогут лучше «настраивать» свойства этих новых материалов, и обобщил самые многообещающие. Однако есть одна конкретная стратегия, которая, на наш взгляд, является наиболее важной — формирование композитных структур. При формировании композитов на основе максенов и полимеров улучшается химическая и механическая стабильность, но обычно ухудшается электрическая проводимость», — говорит один из авторов статьи, профессор Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов Евгения Шеремет.
Участник международного научного коллектива, профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Рауль Родригес добавляет, что в ТПУ был впервые разработан метод, который позволяет изготавливать полимерные композиты с различными наноматериалами в качестве наполнителя.
«Такие композиты отличаются высокой электропроводностью, химической стабильностью и механической прочностью. Для обработки в данном случае используется лазерное излучение, и именно эту стратегию мы адаптируем для максенов», — поясняет он.
Постобработка, уточняют ученые, позволяет проводить комбинацию максенов с другими 2D-материалами, формировать композиты с использованием новых технологических процессов (лазерного излучения, 3D-печати), а также открывать новые структуры максенов. При этом постобработка направлена еще и на решение более практических задач. Например, разработку более экономичных методов синтеза материалов, способов контроля качества поверхности, а также использования максенов в «гибкой электронике» и носимых устройствах (датчиках, оптических линзах, мембранах для фильтрации и очистки воды).
Работа проводилась вместе с партнерами из Шанхайского института керамики и Университета Китайской академии наук. Ученые планируют продолжить исследовать свойства максенов.
«Следующие этапы исследования — эксперименты по «настройке» электрических, механических, физико-химических свойств максенов и композитов на их основе для использования полученных материалов в энергетике, экологических приложениях, сенсорике. Очень многообещающим направлением является комбинация максенов с другими двумерными материалами для создания гетероструктур. Например, максены могут дополнять свойства других 2D-материалов, модифицируя проводимость, плазмонные, электрохимические или каталитические свойства», — говорят исследователи.
Источник информации и фото: пресс-служба Томского политехнического университета
