دانشمندان روسی و خارجی روش جدیدی را برای تثبیت مواد دوبعدی ماسن (MXenes) در یک مرحله ابداع کردهاند. رویکرد پیشنهاد شده توسط پزشکان می تواند خواص ماسن – چسبندگی و پایداری شیمیایی را که برای استفاده از مواد تولیدی مهم هستند، به عنوان مثال در بخاری های الکتریکی و حسگرهای تنفسی، بهبود بخشد. به گزارش سرویس مطبوعاتی دانشگاه پلی تکنیک تومسک، این تحقیق با حمایت بنیاد علوم روسیه در مجله ACS Applied Materials & Interfaces منتشر شد.
مکسن ها خانواده ای از نانومواد هستند که حدود ده سال پیش کشف شدند. اینها مواد دو بعدی هستند که از فلزات واسطه، کربن و/یا نیتروژن و گروه های عاملی سطحی تشکیل شده اند. Maxene دارای رسانایی الکتریکی بسیار بالا، مساحت سطح بزرگ است و یک کاندید عالی برای استفاده هایی مانند ماده ای برای ابرخازن ها و حسگرهای شیمیایی است. با این حال، کاربرد عملی ماسن به طور جدی به دلیل چسبندگی ضعیف به بسترهای آبگریز، مانند برخی از پلیمرهای رایج مورد استفاده، و همچنین پایداری شیمیایی پایین، که منجر به بدتر شدن خواص الکتریکی و مکانیکی تحت شرایط محیطی می شود، مانع می شود.
روش های سنتی تثبیت ماسن، به عنوان مثال، پیش تصفیه سطح زیرلایه با پلاسما، افزودن سورفکتانت ها، پس از درمان با استفاده از آنتی اکسیدان ها، بازپخت حرارتی، اغلب هدایت الکتریکی ماده را کاهش می دهد، برای همه بسترها مناسب نیستند و همچنین شامل فرآیندهای تکنولوژیکی پیچیده و چند مرحله ای هستند.
دانشمندان روسی و چینی روش جدیدی را برای تثبیت ماسن پیشنهاد کردهاند – فرآیند انتقال لیزر یک مرحلهای.
فرآوری لیزر در حال حاضر تحولی در اصلاح نانومواد ایجاد میکند و راهحلی تک مرحلهای برای مشکلات چسبندگی و پایداری کم ارائه میکند. برخی مطالعات با استفاده از پردازش لیزری برای تشکیل ساختارهایی برای ابرخازنها یا ایجاد نمونههایی با اشکال مختلف انجام میشود، اما معمولاً تابش منجر به بهبود پایداری نمیشود یا حتی بدتر از آن، منجر به اکسیداسیون این فرآیند لیزری در ساختار رابط میشود. بهبود چسبندگی ماسن به مواد سفت و سخت (شیشه ای) و انعطاف پذیر (پلی اورتان گرمانرم) این روش “ثابت” قابل اعتماد ماکسن را بر روی بسترها تضمین می کند و عمر دستگاه های مبتنی بر آنها را افزایش می دهد. دانشکده تحقیقات فناوری شیمیایی و زیست پزشکی دانشگاه. تومسک پلی تکنیک گفت.
برای حل این مشکل، دانشمندان از پیکربندی به اصطلاح “ساندویچ” استفاده کردند که به طور موثری خطر اکسیداسیون در طول پردازش را با ایجاد یک ریزمحیط کم اکسیژن خودکفا بدون نیاز به محیط بیاثر یا خلاء کاهش میدهد و هزینهها را به میزان قابل توجهی کاهش میدهد و فرآیند را ساده میکند. آنها از پرمصرف ترین ماسن مبتنی بر کاربید تیتانیوم استفاده کردند که توسط اچینگ مرطوب شیمیایی سنتز شد. زیرلایه پلی اورتان شیشه ای و ترموپلاستیک است. ماکسن به صورت پراکندگی روی یک بستر پلی اورتان گرمانرم اعمال شد و در هوا خشک شد. در مرحله بعد، سیستم بین دو صفحه شیشه ای شفاف قرار می گیرد. درمان لیزری از لایه بالایی شیشه عبور می کند، سپس ساختار “ساندویچ” جدا می شود، به همین دلیل ماسن ها به هر دو سطح تماس منتقل می شوند و رابط های قوی با آنها تشکیل می دهند.
آنا لیپوفکا، دانشیار دانشکده فناوری شیمیایی دانشگاه تاملی و بایومسکد توضیح میدهد: “این پیکربندی به ماسنها اجازه میدهد تا از طریق انتقال معکوس به شیشه بالایی بچسبند و به طور همزمان از طریق انتقال مستقیم به زیرلایه TPU بچسبند. علاوه بر این، چسبندگی حاصل از درمان لیزری بسیار بهتر از عملیات پلاسمایی استاندارد زیرلایه است.”
تجزیه و تحلیل سطوح نشان داد که روش دانشمندان ساختار اصلی ماسن را حفظ کرده و در عین حال به لطف لایه محافظ غنی از کربن، اکسیداسیون بیشتر مواد را در هر دو لایه به حداقل می رساند. نتیجه سطوح رسانای بادوام است که خواص خود را تحت قرار گرفتن طولانی مدت در معرض رطوبت بالا و دمای بالا حفظ می کند.
“برای نشان دادن تطبیق پذیری روش و پتانسیل عملی آن، مدل هایی از بخاری های ترموالکتریک و حسگرهای تنفسی را بر اساس رابط های به دست آمده ایجاد کردیم. بخاری ها در ایجاد پنجره های هوشمند، چراغ های مه شکن، تولید مصالح ساختمانی سازگار با محیط زیست و غیره به طور فزاینده ای محبوب می شوند. در اینجا، ما از یک رابط شیشه ای maxen استفاده کردیم. برای حسگر تنفسی، پلی اتیل ترموپلاستی ترموپلاستی دیگر را جایگزین کردیم. شرایط Evgenia Sheremet نتیجه می گیرد: الکترونیک و حسگرهای مبتنی بر ماسن در کاربردهای دنیای واقعی.