מדענים למדו לייצב את המקסן בצעד אחד
מדענים רוסים וזרים פיתחו שיטה חדשה לייצוב חומרי macene דו מימדיים (MXenes) בשלב אחד. הגישה שהציעו הרופאים עשויה לשפר את תכונות ה-macene – הידבקות ויציבות כימית, שחשובות לשימוש בחומרי ייצור, למשל בתנורי חימום חשמליים וחיישני נשימה. המחקר, שנתמך על ידי קרן המדע הרוסית, פורסם בכתב העת ACS Applied Materials & Interfaces, כך דיווח שירות העיתונות של האוניברסיטה הפוליטכנית של טומסק.
Macsenes הם משפחה של ננו-חומרים שהתגלו לפני כעשר שנים. אלו חומרים דו מימדיים המורכבים ממתכות מעבר, פחמן ו/או חנקן וקבוצות פונקציונליות על פני השטח. ל-Maxene מוליכות חשמלית גבוהה מאוד, שטח פנים גדול, והוא מועמד מצוין לשימושים, כגון כחומר עבור קבלי-על וחיישנים כימיים. עם זאת, היישום המעשי של macene מפריע ברצינות על ידי הידבקות לקויה למצעים הידרופוביים, כמו כמה פולימרים בשימוש נפוץ, כמו גם יציבות כימית נמוכה, מה שמוביל להידרדרות של תכונות חשמליות ומכאניות בתנאי סביבה.
שיטות ייצוב macene מסורתיות, למשל, טיפול מקדים של משטח המצע בפלזמה, הוספת חומרים פעילי שטח, טיפול לאחר באמצעות נוגדי חמצון, חישול תרמי, לעיתים קרובות מפחיתות את המוליכות החשמלית של החומר, אינן מתאימות לכל המצעים, וכוללות גם תהליכים טכנולוגיים מורכבים ורב-שלביים.
מדענים רוסים וסינים הציעו שיטה חדשה לייצוב macene – תהליך העברת לייזר בשלב אחד.
"עיבוד הלייזר מחולל כיום מהפכה בשינויים של ננו-חומרים, ומציע פתרון חד-שלבי לבעיות של הידבקות ויציבות נמוכים. ישנם כמה מחקרים המשתמשים בעיבוד לייזר ליצירת מבנים עבור קבלי-על או יצירת דוגמאות של צורות שונות, אבל בדרך כלל הקרנה לא מובילה ליציבות משופרת או, אפילו גרוע מכך, מובילה לחמצון בתהליך הלייזר של מבנים, אנו מחשיבים את אסטרטגיית הלייזר כאל מטרה. שיפור משפר את ההידבקות של macene הן לחומרים קשיחים (זכוכית) והן לגמישים (תרמופלסטיים) שיטה זו מבטיחה "קיבוע" אמין של maxene על מצעים ומאריכה את חיי המכשירים המבוססים עליהם השיטה המוצעת אינה דורשת טיפול קדם או לאחר, והיא ישימה אפילו לסרטי macene ותיקים שסינתה את האוניברסיטה לפני שנה. טכנולוגיה כימית וביו-רפואית. אמר הפוליטכניון של טומסק.
כדי לפתור את הבעיה, מדענים השתמשו בתצורת "סנדוויץ'", אשר מפחיתה למעשה את הסיכון לחמצון במהלך העיבוד על ידי יצירת מיקרו-סביבה היפוקסית עצמאית ללא צורך בסביבה אינרטית או ואקום, מה שמפחית משמעותית את העלויות ומפשט את התהליך. הם השתמשו במיקן המבוסס על טיטניום קרביד הנפוץ ביותר, המסונתז על ידי תחריט רטוב כימי. המצע הוא פוליאוריטן זגוגי ותרמופלסטי. מקסן בצורת פיזור הוחל על מצע פוליאוריטן תרמופלסטי ויובש באוויר. לאחר מכן, המערכת ממוקמת בין שני לוחות זכוכית שקופים. טיפול בלייזר עובר דרך השכבה העליונה של הזכוכית, ואז מופרד מבנה ה"סנדוויץ', שבגללו מועברים macenes לשני משטחי המגע, ויוצרים איתם ממשקים חזקים.
"תצורה זו מאפשרת ל-macenes להיצמד לזכוכית העליונה באמצעות העברה הפוכה ובו-זמנית למצע ה-TPU באמצעות העברה ישירה. יתר על כן, ההדבקה הנובעת מטיפול בלייזר התבררה כטובה בהרבה מטיפול פלזמה סטנדרטי של המצע", מסבירה אנה Lipovka, פרופסור חבר בבית הספר למחקר לטכנולוגיה כימית וביו-רפואית של האוניברסיטה הפוליטכנית של טומסק.
ניתוח המשטחים הראה כי השיטה של המדענים שימרה את המבנה המקורי של ה-macene תוך מזעור יעיל של חמצון נוסף של החומר בשני המצעים הודות לשכבת ההגנה העשירה בפחמן. התוצאה היא משטחים מוליכים עמידים השומרים על תכונותיהם בחשיפה ממושכת ללחות גבוהה ולטמפרטורות גבוהות.
"כדי להדגים את הרבגוניות של השיטה והפוטנציאל המעשי שלה, יצרנו מודלים של תנורי חימום תרמו-אלקטריים וחיישני נשימה המבוססים על הממשקים שהתקבלו. תנורי חימום הופכים פופולריים יותר ויותר ביצירת חלונות חכמים, פנסי ערפל, ייצור חומרי בניין ידידותיים לסביבה וכו'. כאן השתמשנו בממשק זכוכית מקסן. לחיישן הנשימה החלפנו את כל התנאים התרמופלסטיים של פוליאתילן ופוליאתילן אחרים. יבגניה שרמט מסכמת: אלקטרוניקה וחיישנים מבוססי Macene ביישומים בעולם האמיתי.