 |
| Этот на первый взгляд скальный ландшафт в действительности представляет собой наноматериал из тончайших двумерных пластинок соединения на основе карбида титана. |
Так называемые двумерные материалы, т. е. структуры с относительно очень малой толщиной, привлекли внимание ученого сообщества совсем недавно. Самый известный на сегодня двумерный материал – это графен, состоящий из одноатомного слоя углерода. В 2010 г. за исследование электронных свойств графена А. Гейм и К. Новоселов, бывшие советские ученые, стали лауреатами Нобелевской премии по физике.
Благодаря своим необычным свойствам графен находит широкое применение в различных областях – от создания новых композитных материалов до электроники и новых типов электрических батарей. Но это лишь один из представителей большой группы двумерных структур, в которую также входят глины (глиноземы), гексагональный нитрид бора, дисульфид молибдена и другие хорошо известные и широко использующиеся материалы. Более того, семейство таких материалов продолжает расти по мере открытия новых соединений с двумерной структурой.
Благодаря своим необычным свойствам графен находит широкое применение в различных областях – от создания новых композитных материалов до электроники и новых типов электрических батарей. Но это лишь один из представителей большой группы двумерных структур, в которую также входят глины (глиноземы), гексагональный нитрид бора, дисульфид молибдена и другие хорошо известные и широко использующиеся материалы. Более того, семейство таких материалов продолжает расти по мере открытия новых соединений с двумерной структурой.
 |
Этот на первый взгляд скальный ландшафт
в действительности представляет собой наноматериал из тончайших двумерных
пластинок соединения на основе карбида титана. Электронная микрофотография Б. Анасори
(Университет Дрекселя, США). Image courtesy of the Materials Research Society
Science as Art Competition and Babak Anasori, Michel W. Barsoum, Yury Gogotsi
and Michael Naguib, Drexel
University
|
Например, двумерной структурой может обладать карбид титана (Ti3C2). В сканирующем электронном микроскопе стопки двумерных слоев карбида титана очень напоминает пустынный горный утес.
Эта форма карбида титана входит в новое большое семейство двумерных карбидов и карбонитридов переходных металлов, которые были недавно открыты учеными из Университета Дрекселя (США). Представители этого семейства были названы MX-енами, так как они получаются расщеплением на слои так называемых MAX-фаз.
Последние, в свою очередь, образуют еще более обширное семейство тройных карбидов, карбонитридов и нитридов переходных металлов с химической формулой Mn+1AXn, где М – переходный металл первых переходных групп (Ti, Cr, Nb и т. п.); A– элемент подгруппы А IV–VI групп (Al, Si, Sn, S, Pb и т. д.); X– углерод или азот; n принимет значения от 1 до 3. В настоящий момент известно около тысячи различных MAX-фаз.
Для получения MX-ена МAX-фазу обрабатывают соединением плавиковой кислоты, благодаря чему из него удаляется элемент группы A. В результате получаются слабосвязанные слои MX-фазы, которые далее отделяют друг от друга в водной среде при помощи ультразвука.
Поверхность слоев MX-енов гидрофильная, но при этом они обладают хорошей электропроводимостью, благодаря чему могут использоваться как аноды для литиевых аккумуляторов и электроды для электрохимических конденсаторов.
На сегодняшний день успешно получены семь различных MX-енов. Простота описанной технологии позволяет надеяться, что такие структуры могут быть получены не только в лабораторных, но и в промышленных количествах.
Naguib M., Mashtalir O., Carle J., Presser V., Lu J. et al. Two-Dimensional Transition Metal Carbides, ACS Nano 6(2) 1322–1331 (2012), ACS Publications
М. Нагиб, Б. Анасори, М. В. Барсум, Ю. Гогоци
(Университет Дрекселя, Филадельфия, США)
Эта форма карбида титана входит в новое большое семейство двумерных карбидов и карбонитридов переходных металлов, которые были недавно открыты учеными из Университета Дрекселя (США). Представители этого семейства были названы MX-енами, так как они получаются расщеплением на слои так называемых MAX-фаз.
Последние, в свою очередь, образуют еще более обширное семейство тройных карбидов, карбонитридов и нитридов переходных металлов с химической формулой Mn+1AXn, где М – переходный металл первых переходных групп (Ti, Cr, Nb и т. п.); A– элемент подгруппы А IV–VI групп (Al, Si, Sn, S, Pb и т. д.); X– углерод или азот; n принимет значения от 1 до 3. В настоящий момент известно около тысячи различных MAX-фаз.
Для получения MX-ена МAX-фазу обрабатывают соединением плавиковой кислоты, благодаря чему из него удаляется элемент группы A. В результате получаются слабосвязанные слои MX-фазы, которые далее отделяют друг от друга в водной среде при помощи ультразвука.
Поверхность слоев MX-енов гидрофильная, но при этом они обладают хорошей электропроводимостью, благодаря чему могут использоваться как аноды для литиевых аккумуляторов и электроды для электрохимических конденсаторов.
На сегодняшний день успешно получены семь различных MX-енов. Простота описанной технологии позволяет надеяться, что такие структуры могут быть получены не только в лабораторных, но и в промышленных количествах.
Литература
Naguib M., Mashtalir O., Carle J., Presser V., Lu J. et al. Two-Dimensional Transition Metal Carbides, ACS Nano 6(2) 1322–1331 (2012), ACS Publications
М. Нагиб, Б. Анасори, М. В. Барсум, Ю. Гогоци
(Университет Дрекселя, Филадельфия, США)