Суперматериалы из микроволновки

Dec 12, 2018

Используя нетрадиционные методы, Кристина Биркель и ее коллеги, работающие на химическом факультете Технического университета Дармштадта (TU Darmstadt) создают металлокерамику и новые материалы для энергетики будущего.

 

MAX-фазы и новые двумерные материалы

 

MXenes
Микроволновая печь в лаборатории Кристины Биркель, руководителя исследовательской группы в Университете Дармштадта, не только больше по размеру и значительно дороже, чем обычное бытовое устройство, а также более мощная, пожаро- и взрывобезопасная.

Биркель использует печь для синтеза материалов, которые специалисты называют MAX-фазами. "М" - обозначает переходный металл, например, титан или ванадий, "А" - обозначает элемент основной группы - обычно алюминий,  "Х" - обозначает углерод, а реже - азот. На сегодняшний день известно около 70 подобных материалов.

«На рубеже тысячелетия исследовательские усилия в области MAX-фаз значительно возросли», - объясняет Биркель. Неудивительно, потому что материалы устойчивы к царапинам, устойчивы к высоким температурам и во многих случаях устойчивы к окислению, как керамика, могут проводить электричество и иногда имеют необычные магнитные свойства. Поэтому их также называют металлической керамикой. Подобно глинистым минералам, MAX-фазы имеют пластинчатую структуру чередующихся слоев A и MXM.

 

Синтез в микроволновой печи

 

В то время как исследователи во всем мире, и особенно в США, исследуют свойства и ищут потенциальное применения MAX-фаз, Биркель участвует в их синтезе. Она оптимизировала простой метод микроволнового нагрева: металлические и графитовые порошки спрессовываются в плотную таблетку, которая впоследствии запечатывается в вакуумированную кварцевую ампулу.

Ампула окружается гранулированным графитом и помещается в микроволновую печь. Графит очень хорошо поглощает энергию микроволнового излучения и обеспечивает нагревание гранул до 1300 градусов - при таких высоких температурах образуются MAX-фазы.

Но это не вся работа Биркель. Потому что максены (MXenes), материалы впервые полученные из MAX-фаз в 2011 году, имеют даже более многообещающее будущее. Их название указывает на химический состав: MXene - это MAX- фаза без A-слоев.

Они удаляются плавиковой кислотой. Хотя процедура требует предельной осторожности - фтористоводородная кислота обладает высокой коррозионной активностью, она отлично выполняет свое предназначение, это показывает электронный микроскоп: «Многослойная структура MAX-фаз расширяется, и выглядит как раскрытые страницы книги». Отдельные слои отделяются частично.

 

MXenes

 

MXenes - новые двумерные материалы

 

Термин "MXene" с окончанием «ен» указывает на определенное сходство с графеном, чудо-материалом, состоящим из слоев чистого углерода. MXene, также имеет различные применения от аккумуляторных материалов до очистки воды. Недавно Биркель и ее коллеги выпустили новый MXene.

Он состоит из ванадий-углеродных слоев и подходит в качестве катализатора для реакции выделения водорода при электролизе воды, что продемонстрировала группа Ульрики Крамм, доцента  Университета Дармштадта. Электролиз воды становится все более и более важным, поскольку он позволяет накапливать излишки генерируемой энергии солнца или ветра в виде водорода.

MXenes

Гидроксильные группы (кислород и водород), атомы кислорода и фтора, которые связывают поверхность слоев во время обработки плавиковой кислотой, играют важную роль в каталитической активности MXene. Исследовательская группа Биркель в настоящее время изучает точные механизмы этого процесса с целью оптимизации свойств MXene.

Например, органические молекулы могут быть связаны со слоями через гидроксильные группы . «Таким образом, согласно принципу Lego, можно создать множество новых MXenes», - объясняет Биркель. Пока известно только около 20 MXenes. опубликовано tmec.com.ua

Источник

Подписывайтесь на наши группы в FacebookLinkedinTelegram

 


Что мы делаем

Разработка инновационных промышленных технологий

Hаучные исследования

Изготовление и поставка оборудования

Наладка и пуск оборудования

Техническое сопровождение проектов

Поставка материалов и комплектующих

Консалтинг

Промышленный энергоаудит