Каннибалистические материалы, предназначенные для новой электроники с быстрой зарядкой

Исследователи из Министерства энергетики США наблюдали 2D-материалы с уникальным свойством, которые могли бы помочь улучшить дизайн быстрозаряжающихся электронных и энергосберегающих устройств. Команда, которая находится из Национальной лаборатории DOA Oak Ridge (ORNL), обнаружила 2D-материалы, которые фактически cannibalize себя для создания атомных «строительных блоков» для формирования стабильных структур, объяснил Xiahan Sang, пост-doc исследователь в ORNL, который работал над проекта, в пресс-релизе ORNL.

Санг и Раймонд Unocic, еще один исследователь ORNL, возглавили команду, которая использовала современную рентгеновскую просвечивающую электронную микроскопию (STEM), наряду с основанными на теории симуляциями, чтобы обнаружить новые атомные свойства исходного материала — a 2D-керамика называется MXene, произносится как «макси-ээн».

материалы "height =" 466 "width =" 700 "style =" width: 500px; height: 333px "class =" media-element file-default "src = https://www.designnews.com/sites/default/files/cannabilmaterials.jpg "/> </td>
</tr>
<tr>
<td> <em> После нагревания монослоя MXene функциональные группы удаляют с обеих поверхностей. Титан и атомы углерода мигрируют из одной области в обе поверхности, создавая поры и формируя новые структуры. (Источник изображения: Xiahan Sang и Andy Sproles, Национальная лаборатория Ок-Ридж, Министерство энергетики США) </em> </td>
</tr>
</tbody>
</table>
<p> MXenes уникальны среди керамики тем, что они являются хорошими электрическими проводниками, сообщают исследователи. Это происходит потому, что они сделаны из чередующихся атомных слоев углерода или азота, зажатых между переходными металлами, такими как титан. «В наших экспериментальных условиях атомы титана и углерода могут спонтанно образовывать атомно-тонкий слой двумерного карбида переходного металла, который никогда не наблюдался раньше», — сказал Санг в пресс-релизе. </p>
<p>. Работа, которая служит хорошим предзнаменованием для будущего дизайна электронных устройств, потребовала от многих сотрудников из разных учреждений достичь своего результата, согласно команде ORNL. Студенты Университета Дрекселя синтезировали высококачественный материал, необходимый для экспериментов с использованием пятислойных монокристаллических однослойных хлопьев MXene. Они взяли хлопья из родительского кристалла MAX, который включает следующее: переходный металл, обозначенный «M», элементом, таким как алюминий или кремний, обозначенным буквой «A»; и либо атом углерода, либо атом азота, обозначенный «X». </p>
<p> <strong> Основной материал </strong> </p>
<p> Для создания материала команда использовала кислый раствор для вытравливания моноатомных алюминиевых слоев, отслаивания материала и отслаивания его в отдельные монослои из карбида титана MXene в качестве основного материала для экспериментов, говорят исследователи. После того, как материал был установлен, ученые ORNL суспендировали большую хлопь MXene на нагревательной плите с просверленными в ней отверстиями. Это предотвратило вмешательство любых материалов подложки или субстратов в MXene. Исследователи заявили, что под вакуумом суспендированная хлопья подвергалась воздействию тепла и облучалась электронным лучом для очистки поверхности MXene и полностью обнажала слой атомов титана. </p>
<div class='code-block code-block-3 ai-viewport-1 ai-viewport-2' style='margin: 8px 0; clear: both;'>
<!-- Yandex.RTB R-A-268541-2 -->
<div id=

Обычно инертные материалы, MXenes могут активироваться после удаления защитных групп элементов, таких как атомы кислорода, водорода и фтора, которые остаются после кислотного отшелушивания. «Как только эти функциональные группы исчезнут, теперь вы останетесь с тихим слоем (и под ним, чередующимся углеродом, титаном, углеродом, титаном), который может восстанавливать и формировать новые структуры поверх существующих структур», пояснил Санг

ССЫЛКИ ПО ТЕМЕ:

Умные чернильные устройства для 3D-печати, которые меняют форму и цвет
Технология 3D-печати открывает путь к изготовлению устройств внутри тела

Проводя высококачественную визуализацию STEM, исследователи доказали, что атомы титана и углерода перемещаются из одной части материала в другую, создавая поры и формируя новые структуры в каннибалистическом ключе, потому что материал питается сам по себе, говорят исследователи. Группа опубликовала статью о своей работе в журнале Nature Communications .

Исследователи сказали, что обнаруженный материал может проложить путь для новых типов конструкций для быстрого зарядки электронных приложений из-за того, как ионы перемещаются внутри него, сказал Unocic. «Эти материалы эффективны при ионном транспорте, что хорошо подходит для использования в батареях и суперконденсаторах», — отметил он. Unocic добавил, что команда также стремится исследовать, как меняется ионный транспорт, когда исследователи добавляют больше слоев к нанометровым тонким листам MXene.

Команда надеется, что другие ученые будут использовать эту работу для разработки передовых материалов и создания полезных наномасштабных структур.

Элизабет Монталбано — независимый писатель, который писал о технологии и культуре уже 20 лет. Она жила и работала профессиональным журналистом в Фениксе, Сан-Франциско и Нью-Йорке. В свободное время она любит заниматься серфингом, путешествиями, музыкой, йогой и кулинарией. В настоящее время она проживает в деревне на юго-западном побережье Португалии.