- 20,354
- 46
- 8 Ноя 2022
MXenes высокой энтропии обещают выживаемость в самых суровых условиях.
Учёные колоссально продвинулись в развитии двумерных наноматериалов : им удалось синтезировать MXenes — ультратонкие карбиды и нитриды, содержащие до девяти переходных металлов в одном слое толщиной всего несколько атомов. Это достижение открывает новые возможности для материалов, которые должны сохранять работоспособность в экстремальных условиях — от аэрокосмических технологий и систем хранения энергии до современной микроэлектроники.
MXenes были открыты в 2011 году и с тех пор считаются одними из наиболее перспективных наноматериалов . Их отличают высокая электропроводность, возможность настройки структуры и необычные свойства поверхности. Благодаря слоистой организации толщиной в нанометр они подходят для создания устройств, рассчитанных на работу при сверхвысоких нагрузках и в агрессивных средах.
В новой работе группа Бабака Анасори из Университета Пердью исследовала пределы устойчивости MXenes, экспериментируя с комбинациями от двух до девяти различных металлов. Учёные получили почти 40 многослойных образцов и проанализировали, как взаимодействуют два фундаментальных фактора — энтропия, способствующая беспорядку, и энтальпия, поддерживающая упорядоченность атомов. При содержании до шести металлов атомы выстраивались в регулярные структуры, а при увеличении числа компонентов система переходила в фазу высокой энтропии, где порядок нарушался и атомы располагались хаотично.
Чтобы проследить влияние этих переходов на свойства, исследователи сначала синтезировали многослойные керамические MAX-фазы, а затем преобразовали их в MXenes. Такой подход позволил напрямую связать атомное расположение с функциональными характеристиками поверхности и электронной структуры. По словам первого автора исследования Брайана Уайатта, именно локальное упорядочивание в материалах с высокой энтропией определяет равновесие между стремлением к хаосу и стабильности, а значит — напрямую влияет на свойства.
Результаты работы существенно расширяют представления о семействе MXenes и приближают создание материалов, способных сохранять устойчивость и функциональность в самых суровых условиях. В лаборатории Анасори особое внимание уделяют практическому применению: от экранирования электромагнитного излучения и создания сверхтонких антенн для связи будущего до источников энергии, которые будут работать при экстремальных температурах. Учёный подчёркивает, что такие разработки особенно востребованы в аэрокосмической отрасли, при создании электромобилей с большим запасом хода, а также в проектах, связанных с космосом и глубоководными исследованиями.
По мнению исследователей, понимание того, как именно на атомном уровне взаимодействуют порядок и беспорядок, формирует основу для разработки нового поколения материалов. Они смогут работать там, где современные технологии уже достигают предела, и откроют путь к решениям, которые ещё недавно казались невозможными.
Учёные колоссально продвинулись в развитии двумерных наноматериалов : им удалось синтезировать MXenes — ультратонкие карбиды и нитриды, содержащие до девяти переходных металлов в одном слое толщиной всего несколько атомов. Это достижение открывает новые возможности для материалов, которые должны сохранять работоспособность в экстремальных условиях — от аэрокосмических технологий и систем хранения энергии до современной микроэлектроники.
MXenes были открыты в 2011 году и с тех пор считаются одними из наиболее перспективных наноматериалов . Их отличают высокая электропроводность, возможность настройки структуры и необычные свойства поверхности. Благодаря слоистой организации толщиной в нанометр они подходят для создания устройств, рассчитанных на работу при сверхвысоких нагрузках и в агрессивных средах.
В новой работе группа Бабака Анасори из Университета Пердью исследовала пределы устойчивости MXenes, экспериментируя с комбинациями от двух до девяти различных металлов. Учёные получили почти 40 многослойных образцов и проанализировали, как взаимодействуют два фундаментальных фактора — энтропия, способствующая беспорядку, и энтальпия, поддерживающая упорядоченность атомов. При содержании до шести металлов атомы выстраивались в регулярные структуры, а при увеличении числа компонентов система переходила в фазу высокой энтропии, где порядок нарушался и атомы располагались хаотично.
Чтобы проследить влияние этих переходов на свойства, исследователи сначала синтезировали многослойные керамические MAX-фазы, а затем преобразовали их в MXenes. Такой подход позволил напрямую связать атомное расположение с функциональными характеристиками поверхности и электронной структуры. По словам первого автора исследования Брайана Уайатта, именно локальное упорядочивание в материалах с высокой энтропией определяет равновесие между стремлением к хаосу и стабильности, а значит — напрямую влияет на свойства.
Результаты работы существенно расширяют представления о семействе MXenes и приближают создание материалов, способных сохранять устойчивость и функциональность в самых суровых условиях. В лаборатории Анасори особое внимание уделяют практическому применению: от экранирования электромагнитного излучения и создания сверхтонких антенн для связи будущего до источников энергии, которые будут работать при экстремальных температурах. Учёный подчёркивает, что такие разработки особенно востребованы в аэрокосмической отрасли, при создании электромобилей с большим запасом хода, а также в проектах, связанных с космосом и глубоководными исследованиями.
По мнению исследователей, понимание того, как именно на атомном уровне взаимодействуют порядок и беспорядок, формирует основу для разработки нового поколения материалов. Они смогут работать там, где современные технологии уже достигают предела, и откроют путь к решениям, которые ещё недавно казались невозможными.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
