Исследователи Томского политеха в составе международной коллаборации разработали одностадийный метод стабилизации перспективных двумерных материалов — максенов (MXenes), сообщает пресс-служба вуза. Предложенный подход позволяет значительно улучшить ключевые для практического применения свойства: адгезию к различным поверхностям и химическую стабильность. Это важно для внедрения материалов в производство, например, электрообогревателей или датчиков дыхания. Результаты работы опубликованы в авторитетном международном журнале.
Максены — это семейство наноматериалов, открытое около десяти лет назад. Они представляют собой ультратонкие слои из переходных металлов, углерода или азота и обладают исключительной электропроводностью и большой площадью поверхности. Благодаря этому они считаются прекрасными кандидатами для создания суперконденсаторов и химических сенсоров. Однако их широкому использованию мешают слабое сцепление с гидрофобными подложками, такими как некоторые полимеры, и низкая химическая стабильность, ведущая к деградации свойств на воздухе.
Традиционные способы решения этих проблем — например, предварительная обработка плазмой или добавление поверхностно-активных веществ — часто ухудшают электропроводность, не универсальны и требуют многоступенчатых сложных процессов. Политехники вместе с коллегами из Шанхайского института керамики Китайской академии наук предложили принципиально новое решение — одностадийный лазерно-индуцированный перенос.
«Лазерная обработка производит настоящую революцию в модификации наноматериалов, предлагая решение проблем низкой адгезии и стабильности за один шаг. В данной работе мы рассматриваем ее как стратегию разработки интерфейса, направленную на надежное «закрепление» максенов как на жестких, так и на гибких подложках. Этот подход продлевает срок службы будущих устройств», — поясняет профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Евгения Шеремет.
Ключевым элементом технологии стала «сэндвич»-конфигурация: слой максенов на подложке из термопластичного полиуретана помещался между двумя стеклами. Лазерное воздействие через верхнее стекло в этой замкнутой среде с дефицитом кислорода позволило одновременно перенести и надежно зафиксировать материал на обеих контактных поверхностях, избежав вредного окисления.
«Адгезия в результате оказалась гораздо лучше, чем при стандартной обработке плазмой», — добавляет доцент той же исследовательской школы Анна Липовка.
Полученные прочные и электропроводящие интерфейсы сохраняли свои характеристики даже в условиях высокой влажности. На их основе ученые собрали и успешно испытали рабочие образцы гибкого электрообогревателя и датчика дыхания.
