Вчені томського політехнічного університету разом з колегами з китаю провели детальний аналіз останніх даних в області обробки нових двовимірних матеріалів максенов (mxenes). Результати дослідження опубліковані в статті в журналі chemical engineering journal.

Нове сімейство наноматеріалів — максенів — було відкрито близько десяти років тому. Це двовимірні матеріали, що складаються з перехідних металів, вуглецю та/або азоту. Товщина максенов становить всього кілька атомів, завдяки чому ці матеріали стають прекрасними кандидатами для використання, наприклад, в якості ефективних каталізаторів, хімічних сенсорів.

Однак поки процес отримання нового матеріалу недосконалий — в готовому максені можуть бути присутніми домішки і дефекти. Це призводить до того, що властивості експериментально виготовлених матеріалів серйозно відрізняються від передбачених теоретично. Крім того, ці матеріали відрізняються низькою хімічною стабільністю на повітрі, їх механічні властивості також потребують поліпшення. Зараз для цього використовуються різні стратегії, наприклад, постобробка легуванням, модифікація функціональними групами, формування композитів.

“наш колектив вивчив стратегії, які допоможуть краще “налаштовувати” властивості цих нових матеріалів, і узагальнив найбільш багатообіцяючі. Однак є одна конкретна стратегія, яка, на наш погляд, є найбільш важливою — формування композитних структур. При формуванні композитів на основі максенів і полімерів поліпшується хімічна і механічна стабільність, але зазвичай погіршується електрична провідність», — говорить один з авторів статті, професор дослідницької школи фізики високоенергетичних процесів євгенія шеремет.

Учасник міжнародного наукового колективу, професор дослідницької школи хімічних і біомедичних технологій тпу рауль родрігес додає, що в тпу був вперше розроблений метод, який дозволяє виготовляти полімерні композити з різними наноматеріалами в якості наповнювача.

” такі композити відрізняються високою електропровідністю, хімічною стабільністю і механічною міцністю. Для обробки в даному випадку використовується лазерне випромінювання, і саме цю стратегію ми адаптуємо для максенів”, – пояснює він.

Постобробка, уточнюють вчені, дозволяє проводити комбінацію максенів з іншими 2d-матеріалами, формувати композити з використанням нових технологічних процесів (лазерного випромінювання, 3d-друку), а також відкривати нові структури максенів. При цьому постобробка спрямована ще й на вирішення більш практичних завдань. Наприклад, розробку більш економічних методів синтезу матеріалів, способів контролю якості поверхні, а також використання максенів в «гнучкій електроніці» і носяться пристроях (датчиках, оптичних лінзах, мембранах для фільтрації і очищення води).

Робота проводилася разом з партнерами з шанхайського інституту кераміки та університету китайської академії наук. Вчені планують продовжити досліджувати властивості максенів.

«наступні етапи дослідження-експерименти з “налаштування” електричних, механічних, фізико-хімічних властивостей максенів і композитів на їх основі для використання отриманих матеріалів в енергетиці, екологічних додатках, сенсориці. Дуже перспективним напрямком є комбінація максенів з іншими двовимірними матеріалами для створення гетероструктур. Наприклад, максени можуть доповнювати властивості інших 2d-матеріалів, модифікуючи провідність, плазмонні, електрохімічні або каталітичні властивості», — кажуть дослідники.