На протяжении более чем десятилетия, двумерных наноматериалов, таких как графен, как будто бы для того, чтобы сделать лучше, микросхем, батарей, антенн и многих других устройств. Но существенной проблемой при использовании этих атом-тонкий строительных материалов для технологий будущего является обеспечение того, они могут быть произведены в больших количествах без потери их качества. Для одного из наиболее перспективных новых типах 2D наноматериалы, MXenes, это больше не проблема. Исследователи из Университета Дрекселя и научно-исследовательского центра материалов в Украине разработали системы, которые могут быть использованы для получения большого количества материала, сохраняя свои уникальные свойства.
Команда в последнее время, сообщается в журнале Advanced конструкционных материалов, что в лабораторных реакторных систем, разработанных на материалах исследовательского центра в Киеве, можете конвертировать керамических прекурсоров материал в кучу порошкообразных черного MXene карбида титана, в количествах, как большой, как 50 грамм в пакете.
Доказывая, что большие партии материала может быть уточнен и произведен с последовательностью является важным шагом на пути достижения рентабельности производства. Для MXene материалов, которые уже доказали свою храбрость в прототип устройства для хранения энергии, вычислительной техники, коммуникации и здравоохранения, достижение стандартов производства и финишная прямая на пути массового использования.
«Доказывая материал обладает определенными свойствами это одно, а доказать, что он может преодолеть практические проблемы производства-это совершенно другое препятствие-это исследование сообщает о важном шаге в этом направлении», — сказал Юрий Гогоци, кандидат юридических наук, Заслуженный профессор университета и Бах в парикмахерский колледж, который стал инициатором исследования и разработки MXene и ведущий автор статьи. «Это означает, что MXene может быть рассмотрен для широкого применения в электронике и устройствах хранения энергии».
Исследователи в Drexel были сделать MXene в небольших количествах-обычно один грамм или меньше, так как они впервые синтезировали материал в 2011 году. Слоистого наноматериала, который выглядит как порошок в сухом виде, начинается как кусок керамической называют максимальной фазы. Когда смесь плавиковой и соляной кислоты взаимодействует с максимальная фаза его стравливает до определенных частей материала, создания нанометровых тонких чешуек характеристика MXenes.
В лаборатории, этот процесс будет происходить в 60 мл контейнер с ингредиентами, добавляется и перемешивается вручную. Чтобы более тщательно контролировать процесс в более широком масштабе, группа использует один литр реакторной камеры и питателя шнекового устройства, чтобы точно добавить максимум фазы. Один вход для реагентов равномерно в реактор, а другой позволяет для облегчения давления газа во время реакции. Специально разработанная смешивая лезвия обеспечивает тщательное и равномерное перемешивание. И охлаждающей рубашкой вокруг реактора позволяет команде регулировать температуру реакции. Весь процесс компьютеризирован и контролируется программой, созданные в научно-исследовательских материалов командный центр.
Группа сообщила, успешно используя реактор, чтобы сделать чуть менее 50 грамм MXene порошок от 50 грамм максимум фазы прекурсора материал в около двух дней (включая время, необходимое для стирки и сушки продукта). И батарея тестов, проводимых студентами в области материаловедения и инженерного департамента Дрекселя показали, что реактор производства MXene сохраняет морфологию, электрохимических и физических свойств исходного искусственных веществ.
Данная разработка ставит MXenes в группе С просто горстка 2D материалы, которые доказали, что они могут быть произведены в промышленных размерах количествах. А потому, что MXene-это производство субтрактивный процесс-травление от кусочков сырья, как и строгания пиломатериалов вниз-он стоит в стороне от процессов добавка используется, чтобы сделать многие другие 2D наноматериалов.
«Большинство 2D материалы производятся с использованием подхода «снизу вверх»», — сказал Кристофер Мякина, кандидат медицинских наук, старший научный сотрудник А. Я. институт Дрекселя наноматериалов. «Это где атомы добавляются по одному. Эти материалы могут быть выращены на определенных поверхностях или путем осаждения атомов с использованием очень дорогого оборудования. Но даже при таких дорогих машин и катализаторов, используемых, партии продукции отнимает много времени, небольшой и по-прежнему слишком дорого для широкого применения за пределами небольших электронных устройств».
MXenes также воспользоваться набором физических свойств, которые облегчают их путь от обрабатываемого материала до конечного продукта — препятствие, которое сработает даже на сегодняшний день широко используются современные материалы.
«Это обычно занимает некоторое время, чтобы выработать и технологии его обработки для получения наноматериалов в промышленно удобной форме», — сказал Гогоци. «Это вопрос не только производить их в больших количествах, она часто требует придумывания совершенно новых машин и процессов, чтобы сделать их в форме, которая может быть вставлена в производственный процесс — микрочипа или компонент сотового телефона, например.»
Но для MXenes, интеграции в производственные линии-это довольно простая часть, по данным Гогоци.
«Одна огромная польза для MXenes является то, что они будут использоваться в качестве порошка после синтеза или они могут быть рассеяны в формировании воде устойчивые коллоидные растворы», — сказал он. «Вода-это наименее затратный и наиболее безопасных растворителей. И в процессе, который мы разработали, мы можем штампа или печати десятки тысяч мелких и тонких устройств, таких как суперконденсаторы или RFID-меток, из материала сделаны в одну партию.»
Это означает, что он может применяться в любом стандартном различными производственными системами добавки — экструзия, печать, покрытие, наносимое погружением, опрыскивание-после одного шага обработки.
Несколько компаний находятся в поиске разработки приложений MXene материалов, включая Murata производство Co, Ltd. установите компонент электроники компания, базирующаяся в Киото, Япония, которая разрабатывает технологии MXene для использования в различных высокотехнологичных применений.
«Самая захватывающая часть об этом процессе заключается в том, что там принципиально не ограничивающим фактором в промышленных масштабах-до», — сказал Гогоци. «Есть все больше и больше компаний, производящих максимум фаз в больших пакетах, и ряд из них производятся с использованием обильные исходных материалов. И MXenes являемся одним из немногих 2D материалы, которые могут быть получены путем мокрого химического синтеза в больших масштабах с использованием обычных инженерных реакции оборудования и конструкций».
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!