Ученые создали новый, электропроводящий наноматериал, который является достаточно гибким, чтобы его можно было складывать, но и достаточно прочным, чтобы выдерживать во много раз больше собственного веса. Они считают, что он может использоваться для совершенствования накопителей электроэнергии, фильтрации воды и в экранировании различных устройств от портативной электроники до коаксиальных кабелей.

 Разработка тонкого материала, который может проводить ток и при этом принимать различные формы, является редкостью в материаловедении. Предел прочности на разрыв является ценной характеристикой таких материалов, поскольку их толщина составляет всего несколько атомов.

Авторы разработки из Дрексельского университета и Даляньского технологического университета в Китае говорят: "Возьмите литий-ионную батарейку для питания часов, она очень мала, иначе часы были бы громоздкими, но способна удерживать достаточно энергии, чтобы часы работали в течение длительного времени. А если превратить браслет часов в батарею? Тогда необходимо использовать очень тонкий проводящий материал, способный хранить энергию, но и достаточно гибкий, чтобы согнуть его вокруг запястья. Можно увидеть, что просто изменив одно физическое свойство материала – гибкость или прочность - мы получаем множество новых возможностей".

Группа ученых определила этот гибкий новый материал как проводящий полимерный нанокомпозит. Он является последним достижением исследований композитных двумерных материалов, называемых максены (MXene). Исследовательская группа изучает их с момента изобретения слоистого материала на основе карбида в 2011 году.

Одним из наиболее успешных разработанных ими методов, для того чтобы MXenes показывали весь спектр присущих им свойств, является процесс прослойки, который включает в себя добавление различных химических соединений в жидкой форме. Это позволяет молекулам проникать между слоями MXene-материала и, тем самым, изменять его физические и химические свойства. Одним из наиболее впечатляющих выводов является то, что MXene-материалы обладают большим потенциалом для хранения энергии.

Для получения гибкого проводящего полимерного нанокомпозита исследователи прослаивали карбид-титановый MXene-материал поливиниловым спиртом (полимер, широко использующийся в качестве клея для бумаги). Также в состав входил полимер PDDA (polydiallyldimethylammonium chloride), который широко используется в качестве коагулянта в системах очистки воды.

Уникальность MXenes обусловлена тем, что их поверхность заполнена функциональными группами, такими как гидроксил, что приводит к сильной связи между хлопьями MXene и полимерными молекулами, в то же время сохраняя металлическую проводимость слоев карбида нанометровой толщины.
Исследователи показали, что емкость MXene-полимерного нанокомпозита может быть гораздо выше, чем у обычных электродов на основе углерода или даже графена. Также нанокомпозит имеет гидрофильные свойства, что означает возможность его применения в системах обработки воды, например, мембранах для очистки воды или опреснения, поскольку он не разрушается и не растворяется в воде. Кроме того, поскольку материал является очень гибким, он может быть свернут в трубку, что, как показали испытания, приводит только к повышению его механической прочности. Эти характеристики нанокомпозитных материалов могут в дальнейшем привести к их использованию в качестве  гибкой брони для аэрокосмических компонентов.

Следующим этапом исследований будет изучение влияния соотношения MXene и полимера на свойства полученного нанокомпозита, а также других MXene-материалов с прочными и жесткими полимерами для конструкционных применений.

Источник: drexel.edu/now/archive/2014/November/flexible-MXenes/

Энергетика и промышленность России - информационный портал           Научный журнал “Видеонаука          Наука и технологии России − STRF.ru

Другие партнёры сайта