Мікроскопічні сувої. Університет Дрекселя створив наноструктури для ефективніших батарей

Новий матеріал, відомий як наносувої MXene, може суттєво покращити характеристики акумуляторів наступного покоління, біосенсорів і носимої електроніки.

Читайте также: Автономність та безпека. Редакція NV запускає новий збір для мінометників 110-ї ОМБр

Наносувої приблизно у 100 разів тонші за людську волосину та демонструють вищу електропровідність порівняно з традиційними плоскими шарами MXene. За словами авторів роботи, форма матеріалу відіграє вирішальну роль у його властивостях. Якщо двовимірні структури добре працюють у багатьох системах, то одновимірні краще підходять для застосувань, де потрібне швидке транспортування іонів або механічне армування.

Скручуючи лусочки MXene у порожнисті трубки, команда створила структури, у яких іони можуть переміщатися значно вільніше. У звичайних багатошарових MXene між шарами залишається обмежений простір, що ускладнює рух іонів і молекул та погіршує роботу накопичувачів енергії.

Процес виготовлення починається з багатошарових частинок MXene. Вчені змінювали хімічне середовище за допомогою води, створюючи асиметрію поверхні — так звану реакцію Януса. Внутрішнє напруження, що виникало, змушувало шари відокремлюватися та згортатися у щільні сувої.

Метод протестували на шести різних типах MXene, зокрема на карбідах титану, ніобію, ванадію та танталу, а також на карбонітриді титану. Дослідникам вдалося отримувати до 10 грамів наносувоїв із контрольованою формою та складом.

Читайте также: Забутий гігант. У музейних архівах знайшли стегозавра, який виявився значно більшим, ніж вважала наука

Трубчаста геометрія забезпечує більшу активну поверхню, ніж у багатошарових листів, що покращує доступ іонів і молекул — критично важливу характеристику для батарей і хімічних сенсорів. Окрім цього, електричні поля дають змогу керувати орієнтацією наносувоїв у розчині, що може бути корисним під час створення волокон і текстильних матеріалів з вбудованою електронікою.

Також науковці зафіксували надпровідні властивості у гнучких плівках із наносувоїв карбіду ніобію. Фізичні механізми цього явища планують вивчати в подальших дослідженнях. Результати роботи опубліковані в журналі Advanced Materials.