Drexel Universiteti tərəfindən

Stephanie Baum tərəfindən redaktə edilib , Robert Egan tərəfindən nəzərdən keçirilib

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

Drexel Universitetinin tədqiqatçıları MXene-dən ilkin material kimi istifadə edərək 1D nanosurralar istehsal etmək üçün bir proses hazırlayıblar. Busurralar biosensasiya, enerji saxlama və geyilə bilən texnologiyanı təkmilləşdirmək üçün komponentlər kimi istifadə edilə bilər. Mənbə: Drexel Universiteti

Təxminən on il yarım əvvəl MXene adlı çox yönlü ikiölçülü keçirici nanomaterial növünü kəşf edən Drexel Universitetinin tədqiqatçıları indi onun birölçülü qohumu olan MXene nanoskrollunun istehsal prosesi haqqında məlumat veriblər. Qrup, insan saçından 100 dəfə nazik, lakin ikiölçülü analoqlarından daha keçirici olan bu materialların enerji saxlama cihazlarının, biosensorların və geyilə bilən texnologiyanın işini yaxşılaşdırmaq üçün istifadə edilə biləcəyini düşünür.

Onların “Advanced Materials” jurnalında dərc olunmuş tapıntısı, forma və kimyəvi strukturları üzərində dəqiq nəzarət ilə MXene sələfindən nanosürgülərin istehsalı üçün miqyaslana bilən bir üsul təklif edir.

“İkiölçülü morfologiya bir çox tətbiqlərdə çox vacibdir. Lakin, 1D morfologiyasının üstün olduğu tətbiqlər var”, – məqalənin müvafiq müəllifi, Drexel Mühəndislik Kollecinin Bax professoru, fəlsəfə doktoru Yuri Qoqotsi bildirib.

“Bu, polad təbəqələri metal borularla və ya armaturlarla müqayisə etmək kimidir. Avtomobil kuzovlarını düzəltmək üçün təbəqələr lazımdır, amma suyu vurmaq və ya betonu möhkəmləndirmək üçün uzun borular və ya çubuqlar lazımdır.”

Komanda, 2D MXene parçalarını 1D rulonlara çevirməklə, polimerləri və ya metalları möhkəmləndirə və ya batareyada və ya tutumlu suyun duzsuzlaşdırılması membranında ionların axınını daha az müqavimətlə istiqamətləndirə bilən — su borusundan on min dəfə nazik — boruşəkilli bir material yaratdı.Kredit: Drexel Universiteti

MXene rulonları ion axınını necə yaxşılaşdırır

“Standart 2D MXenlərdə lopalar bir-birinin üstünə düz düzülür ki, bu da məhdud bir məkan və ionların və ya molekulların təbəqələr arasında hərəkət etməsi və hərəkət etməsi üçün çətin bir yol yaradır”, – tədqiqatın həmmüəllifi olan Mühəndislik Kollecində doktoranturadan sonrakı tədqiqatçı, fəlsəfə doktoru Teng Zhang bildirib.

“2D nanosətraflı təsvirləri 1D rulonlara çevirməklə, bu nanosətraflı təsvir effektinin qarşısını alırıq. Açıq, boruşəkilli həndəsə, ionların sərbəst hərəkət etməsinə imkan verən sürətli nəqliyyat üçün effektiv şəkildə “magistral yollar” yaradır.”

Karbon nanotubları və ya qrafen nanosurmaları adlanan qrafen təbəqələrindən hazırlanmış oxşar strukturlar artıq yaxşı məlumdur və öyrənilir. Lakin Drexel tədqiqatçılarının fikrincə, indiyə qədər qrafendən daha zəngin kimya, daha yaxşı emal qabiliyyəti və daha yüksək keçiricilik təklif edən MXene-dən yüksək keyfiyyətli 1D surətlər istehsal etmək potensialı çətin olaraq qalıb və əvvəlki cəhdlər tez-tez ziddiyyətli nəticələr verib.

Nanoskroll istehsal prosesinin içərisində

Nanoskrollların hazırlanması prosesi onun sələfi kimi çoxqatlı MXene lopasından başlayır. Tədqiqatçılar kimyəvi mühiti ciddi şəkildə idarə etməklə lopaların səth kimyasını dəyişdirmək üçün sudan istifadə edirlər. Bu, lopa təbəqələrində qəfəs gərginliyinə səbəb olan Janus reaksiyası adlanan struktur asimmetriyası yaradır. Daxili gərginliyin sərbəst buraxılması ilə təbəqələr qopub sıx boruşəkilli rulonlara çevrilir.

Komanda bu prosesi altı fərqli MXen növü ilə sınaqdan keçirdi – iki növ titan karbid, niobium karbid, vanadium karbid, tantal karbid və titan karbonitrid – idarə oluna bilən kimyəvi tərkibə və fiziki quruluşa malik 10 qram nanoskroll istehsal etdi.

Sensor və geyilə bilən cihazlarda yeni imkanlar

Üstün elektrik keçiriciliyi və mexaniki möhkəmlik təmin etməklə yanaşı, nanosurraların həndəsəsi kimyəvi sensorlarda və funksional kompozit materiallarda istifadəsinə imkan verə biləcək unikal davranışlar yaradır.

Qoqotsi bildirib ki, “Standart yığılmış 2D strukturda molekulyar adsorbsiya üçün aktiv mərkəzlər çox vaxt təbəqələr arasında gizlənir və bu da molekulların, xüsusən də böyük biomolekulların onlara çatmasını çətinləşdirir.” “Sürüşmənin açıq, içi boş quruluşu analitlərin MXene səthinə asanlıqla daxil olmasına imkan verərək bunu həll edir. Materialın yüksək keçiriciliyi və mexaniki sərtliyi ilə birləşərək, bu, güclü və sabit bir siqnal əldə etməyimizi təmin edir.”

“Beləliklə, biz biosensasiyada rulonların istifadəsini təsəvvür edirik . Keçirici rulonların eyni əlçatan səthi qaz sensorları, elektrokimyəvi kondensatorlar və ionların və molekulların səthlərə çıxışını tələb edən digər cihazlar üçün faydalı ola bilər.”

Geyilə bilən elektronika və ya ionotron cihazlar sahəsində tədqiqatçılar MXene rulonlarının həm mexaniki möhkəmləndirmə, həm də keçiriciliyi artırmaq üçün ikili funksiya yerinə yetirə biləcəyini düşünürlər. Sərt quruluşlarına görə, onlar möhkəmlik təmin etmək və eyni zamanda möhkəm keçirici şəbəkəni qorumaq üçün özlərini yumşaq polimer matrisinə bağlaya bilirlər.

Bu, elektrik bağlantısını itirmədən gündəlik hərəkət gərginliyinə davam gətirən uzanan kompozit materialların yaradılmasına imkan verəcək.

Gündəlik məlumat üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosdakı ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz bülletenimizə abunə olun və vacib olan nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniliklərdən xəbərdar olun .

Funksional tekstil üçün rulonların hizalanması

Tədqiqatçılar həmçinin aşkar ediblər ki, məhluldakı nanosurətlərin istiqaməti elektrik sahəsi ilə idarə oluna bilər. Bu kəşf o deməkdir ki, onlar daha davamlı və keçirici örtük yaratmaq üçün funksional tekstildə liflərin oxu ilə uyğunlaşdırılmaq üçün asanlıqla hazırlana bilər.

“Təsəvvür edin ki, insan saçından 100 dəfə nazik olan milyonlarla borucuqdan manipulyasiya edərək onları məftil düzəltməyə və ya şaquli vəziyyətdə fırça düzəltməyə məcbur edin”, – deyə Çjan bildirib. “Bu, əsl nanotexnologiyadır, çünki biz maddəni nanoskalada manipulyasiya edə bilərik. Bu, həmçinin funksional tekstil üçün vacib bir inkişafdır, çünki rulonlar sintetik liflərdə möhkəmləndirici material kimi istifadə edilə bilər.”

Komanda bu idarəolunan davranışı araşdırmağa davam edəcək. Komanda həmçinin materialın kvant davranışlarını, xüsusən də superkeçiricilik potensialını daha da araşdırmağı gözləyir.

Superkeçirici davranışın erkən əlamətləri

Qoqotsi bildirib ki, “İndiyə qədər bu sinif MXenlərdə superkeçiricilik preslənmiş hissəciklər və toz qranulları ilə məhdudlaşırdı və heç vaxt mexaniki elastikliyə malik məhlul ilə işlənmiş filmlərdə reallaşdırılmamışdı”. ” Niobium karbid rulonlarından istifadə etməklə , ilk dəfə olaraq sərbəst dayanan makroskopik filmlərdə superkeçiriciliyi təmin edəcək qədər materialda dəyişiklik müşahidə etdik.”

“Sürüşdürmə prosesi düz təbəqələrdə olmayan spesifik qəfəs gərginliyini və əyriliyini təqdim edir. Dəqiq fiziki mexanizm hələ də araşdırılarkən, bu gərginliyin davamlı 1D strukturu ilə birlikdə ifrat keçirici vəziyyəti sabitləşdirdiyini fərz edirik.”

Nanomaterialların kvant təbiəti son illərdə bir sıra görkəmli kəşflərə səbəb olub, çünki bu sahə hesablama gücünü və məlumatların saxlanmasını artırmaq potensialına görə daha çox diqqət çəkib. Drexel tədqiqatçıları üçün bu tədqiqat MXene superkeçiriciliyini laboratoriya marağından nanomaterialın praktik xüsusiyyətinə çevirdiyinə görə mühüm bir irəliləyişdir.

“Bu məqalədə təsvir edilən metodlardan istifadə edərək, artıq potensial super keçirici interkonnektorlar və ya kvant sensorları üçün otaq temperaturunda super keçirici MXenləri çevik filmlərə, örtüklərə və ya naqillərə çevirə bilərik”, – deyə Çjan bildirib. “Skrolllamanın yaratdığı bir çox digər maraqlı hadisələri gözləyirik və onları öyrənəcəyik.”

Nəşr detalları

Teng Zhang və digərləri, MXene Scrolls-un Ölçülənə Bilən Sintezi, Qabaqcıl Materiallar (2026). DOI: 10.1002/adma.202521457

Jurnal məlumatları: Qabaqcıl materiallar 

Əsas anlayışlar

Superkeçiricilik1 ölçülü sistemlər2 ölçülü sistemlərNanostrukturlarSəthi aktiv maddələr, misellər və veziküllər

Drexel Universiteti tərəfindən təmin edilir