"Из графена maksena": ученые создают новых двумерных материалов

Опубликованно 15.05.2019 03:00

Создание и исследование двумерных (2D) материалов-это молодое и очень перспективное направление современного материаловедения. Для таких материалов характерны очень мелкие (часто менее одного Нм) толщины, так что вы можете использовать их, чтобы создать слоистых гетероструктур, которые используются в современной электронике, начиная от транзисторов, сенсоров, солнечных батарей и светодиодов. Сотрудники Национального исследовательского технологического университета "МИСиС" (НИТУ "МИСиС") активно изучает технологию получения и свойства множества двумерных наноматериалов.

Все дело в тонком слое

Главной особенностью двумерного материала, что все его атомы находятся в поверхностном слое. В химии и кристаллографии, это означает, что каждый элемент области материал имеет много свободного, так и безвозмездным ("висячих") связей. Это приводит к повышению химической активности этих материалов, а также существенное различие в свойствах по сравнению с твердотельной. Неплотные соединения дают возможность изменить свою функциональность за счет модификации поверхности.

Молекулярная структура графена

Самый известный двумерный материал — графен, его открытие в 2010 году был удостоен Нобелевской премии по физике. Графен обладает высокими значениями электрической и тепловой проводимости и достаточно сильная на растяжение до разрыва. В то же время она образует складки и неустойчивым, как отдельный свободно висящие фильм.

Чтобы решить эту проблему, современные методы создания "усиленного" графен. Кроме того, разработанная технология получения бездефектных графеновых пленок большой площади, применяются в качестве прозрачных электродов для различного оборудования. Созданные методы, чтобы получить отдельные чешуйки оксида графена, которые широко применяются в качестве функциональных наполнителей для полимерных композитов.

19 июня 2018 года, 09:50Ученые научились управлять свойствами электроники будущего

Тип проводимости графена ближе к металлу, что делает его трудно использовать для создания логических схем. Таким образом, для применения в электронике, для создания датчиков и других датчиков активно изучаются двумерные материалы — халькогенидов переходных металлов. Они характеризуются полупроводниковыми свойствами и различными типами проводимости.

Ученые также изучают более сложные двумерные структуры, как "Аксенов" (MXene) с уникальными керамическими свойствами, высокой электропроводностью и возможность пластической деформации.

На самом деле, каждый новый двумерный материал представляет интерес для науки и их свойств, и может найти применение в машиностроении.

Осадок, или измельчать, чтобы сделать хлопья?

Исследователи разрабатывают различные методы изготовления 2D материалов. Метод химического осаждения из газовой фазы позволяет создавать качественные фильмы из множества двумерных материалов (хотя его реализация довольно дорого). Методы химической эксфолиации слоистых материалов позволяют получать дисперсии и чешуек толщиной в несколько атомных слоев.

Существуют методы, с помощью высокоэнергетического измельчения в планетарных мельницах и комплексных методов, с помощью которого получают промежуточный этап, а затем в результате воздействия химического разделения материала на очень тонкие хлопья. Методом высокоинтенсивного ультразвуковой кавитации позволяет получить двумерную структуру твердого тела.

Учебные лаборатории кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов "МИСиС"

Каждый метод существенно влияет на свойства получаемого материала. Так, для создания электронных устройств наиболее перспективных методов химического парофазного осаждения или осаждения атомных слоев, что позволяет точно контролировать толщину и размеры конструктивных элементов, чистоты и морфологии материала.

Несмотря на то, что сейчас самое лучшее качество пленок, полученных методом химического осаждения из газовой фазы, первые работы Гейм и Новоселов сделали замеры на поверхности графена, полученных на скотч, на очень небольшой участок шкалы. Сегодня разброс ультра мелкая, готовый к использованию, уже доступен для продажи.

Способы получения других материалов еще практикуется в лабораториях, но после того, как ученые находят наиболее перспективным направлением для их реализации, технологии не заставят себя долго ждать.

2D материалы в России

НИТУ сотрудники кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов "МИСиС" разработали халькогенидов переходных металлов для солнечных батарей, светодиодов и датчиков. Они также рассмотрели оксида графена покрытия, повысить коррозионную стойкость сталей, и способы получения "Аксенов", которая слоистых карбидов титана и ванадия, которые уже показали интересные результаты.

Нитрид бора в НИТУ "МИСиС"

"Активное взаимодействие нашей команды с профессором итальянского университета "Тор Вергата" Альдо Ди Карло на тему двумерных наноматериалов привело к получению гранта и создание новых лабораторий. Работа лаборатории направлена на применение нескольких типов двумерных наноматериалов для создания перовскит солнечные батареи", — рассказал РИА Новости старший научный сотрудник отдела Дмитрий Муратов.

По его мнению, это пример эффективного взаимодействия: материалы ученых синтезировать и исследовать свойства новых материалов, наиболее подходящих для применения в солнечных батареях, эксперты в области полупроводниковых устройств, которые создают сами устройства и изучить их рабочие параметры.

"Кроме того, мы активно сотрудничаем в подготовке и исследование свойств композитов Центра композиционных материалов НИТУ "МИСиС" и группа Андрей Степашкин. Я делал презентации о нашей работе в сфере композитов с наноструктурированными нитрида бора с зарубежными коллегами, например, в Испании УАЙСМЕНОМ конференции ", — сказал Дмитрий Муратов.

На 2 Апреля 2018 Года, 08:30Российские ученые нашли способ защитить смартфон от перегрева

Он сказал, что ученые НИТУ "МИСиС" созданы композиты, которые проводят тепло значительно лучше, чем традиционные стеклопластиков. Полимер на основе полиэтилена высокой плотности и наполнителя — нитрида бора обработана для достижения желаемых свойств. С точки зрения переработки отходов, материалов, полученных выгодно распространенными аналогами, кроме того, они способны решить проблему перегрева печатных плат в электронике.

Международное сотрудничество

Сегодня НИТУ "МИСиС" активно развивается сотрудничество в области синтеза двумерных материалов и изучения их свойств с Университетом Небраска-Линкольн (США). Это началось после оглашения в НИТУ "МИСиС" в рамках федеральной программы "Проекта 5-100" конкурсов, направленных на развитие инфраструктуры. Эти конкурсы предполагают приглашение ведущего ученого по руководству научным коллективом и исследования в одном из самых перспективных направлений.

"Мы были приглашены профессор Александр Синицкий, который работает большую часть времени в Университете Небраски-Линкольна. В 2016 году мы подали совместную заявку на двумерных наноматериалов для одного из конкурсов и выиграл его. После этого мы начали активную совместную работу, в которой я учился в США в лаборатории Александра, чтобы применить полученный опыт для создания экспериментальной базы и в наш отдел", — сказал Дмитрий Муратов.

НИТУ "МИСиС"Дмитрий Муратов, старший научный сотрудник кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов

По его словам, это привело к международному обмену опытом студентов, аспирантов и сотрудников кафедры. В результате сотрудничества опубликован ряд совместных работ по двумерным наноматериалам в ведущих международных журналах и организовать установку на их синтез методом химического осаждения из газовой фазы.

Так, ученые представили в научном журнале Nanotechnology результаты своей работы с оксидом молибдена (Моо2). Они получили методом химического осаждения из газовой фазы двумерного материала, который затем всесторонне исследованы с помощью аналитических методов. Например, в научном журнале ACS Nano в недавно опубликованной статье о сульфид титана.

На 28 Марта 2018 Года, 08:30Российские ученые объяснили феномен работы сверхбыстрой компьютерной памяти

"Мы уже показали очень хорошие результаты в проводимость полученного материала и возможность получения очень тонких и проводящих слоев Моо2 (в данном случае кристаллы), является стабильным в воздухе на различных субстраты. Полученные результаты мы будем использовать в наших дальнейших исследованиях", - сказал Дмитрий Муратов.

По его словам, новый материал может быть использован для создания гетероструктур и наноустройства транзисторы, сенсоры, фотоприемники, и так далее. Теперь создан НИТУ "МИСиС" совместно с Университетом Небраска-Линкольн материалы реализуются в качестве транспортного уровня для тонкопленочных солнечных элементов, светодиодов и датчиков. Разработка и создание композитов полумультяшных наполнен двумерных наноматериалов.

Категория: Технологии

"Из графена maksena": ученые создают новых двумерных материалов

Спонсор

Спонсор

Реклама

Ваша реклама