В рамках исследований новых двумерных материалов учёным удалось преобразовать плоские MXene в одномерные нанотрубки, или наносвитки. Этот проводящий материал, открытый почти 15 лет назад, ранее использовался в плоской форме, но новизна заключается в том, что его теперь можно сворачивать в тонкие трубчатые структуры.
Для чего нужен такой переход? Представьте обычные листы металла и трубы — их используют для разных целей: металлические листы применяются в производстве кузовов автомобилей, а трубы — для транспортировки жидкостей, укрепления конструкций или проведения кабелей. Аналогично, свертка MXene в трубки создает новые возможности для быстрого движения ионов внутри устройств.
Производственный процесс начинается с многослойных хлопьев MXene. Обрабатывая их водой и меняя химический состав поверхности, учёные вызывают реакцию, которая приводит к появлению внутреннего напряжения. Это напряжение заставляет слои отслоиться и свернуться в плотные трубчатые структуры. Результатом стали нанотрубки, масса которых составляет всего десять граммов, но структура — стабильная и контролируемая.
Толщина таких нанотрубок в 100 раз меньше человеческого волоса, при этом их электропроводность превосходит показатели плоских вариантов. Это открывает широкие возможности для использования в различных областях: биосенсорах, благодаря открытой структуре молекулам легко доступать к поверхности, что повышает качество сигналов; в носимой электронике — такие нанотрубки одновременно усиливают механическую прочность и проводят ток; в аккумуляторах и мембранах для очистки воды — трубчатая форма направляет ионы, минимизируя сопротивление.
Наиболее интригующим является обнаружение сверхпроводимости в таких свёрнутых структурах. До этого сверхпроводящие свойства MXene наблюдались только в сжатом виде, что делало их непрактичными. Однако эксперимент с карбидом ниобия показал, что сворачивая материал в трубки, удалось получить гибкие сверхпроводящие плёнки. Процесс сворачивания создает особое напряжение в структуре, что, по мнению исследователей, способствует стабилизации сверхпроводящего состояния. Точная причина этого эффекта находится в стадии изучения.
Источник: @droidergram
