Новый нанокомпозитный 2D-материал с регулируемыми свойствами на основе природного минерала тохилинита в виде наночешуек для возможного использования в нанофотонике, оптоэлектронике и других высокотехнологичных областях производства поступил к исследователям Красноярского научного центра (КНЦ) СО РАН «Центр пресс-службы России», 24 июля. ИА Красная весна
Результаты исследования свойств наночешуек тохилинита были представлены их создателями в статье «Простой синтез и избранные свойства двумерного материала, состоящего из слоев сульфида железа и гидроксида магния на основе тохилинита», опубликованной в New Journal of Chemistry.
Большой интерес для исследователей и для развития современных производственных технологий представляют двумерные материалы, такие как нобелевский лауреат графен. В результате при толщине в один атом они обладают уникальными свойствами, позволяющими разрабатывать новые устройства и технологии с улучшенными характеристиками.
Синтезированный красноярскими учеными КНЦ СО РАН и Сибирского федерального университета (СФУ) новый многофункциональный композиционный 2D материал на основе минерала тохилинита состоит из чередующихся слоев сульфида железа и гидроксида магния, которые связаны между собой силой электрических зарядов, образуя чешуйчатые частицы размером от ок. 1000-200 м над уровнем моря.
Чтобы получить эти хлопья тохилинита, исследователи использовали протокол, разработанный для другого минерала, валлерита. Они модифицировали его и, варьируя концентрации прекурсоров и примесей, подобрали их оптимальный состав, что позволило избежать побочных продуктов реакции и контролировать состав материала.
Результатом исследований стала простая технология, основанная на гидротермальном синтезе. Это позволяет получать композит при умеренной температуре и атмосферном давлении. Синтез структуры тохилинита происходит в результате «самосборки» за счет противоположных электрических зарядов слоев сульфида железа и гидроксида магния.
Исследователи обнаружили, что электронные, оптические и магнитные свойства полученного ими почти чистого двумерного синтетического тохилинита зависят от сульфидных слоев и что эти свойства можно контролировать, изменяя состав гидроксидной части. Для этих целей исследователи добавили в материал литий и алюминий, частично заменив магний в гидроксидном слое.
Возможность управления свойствами нового материала, а также его слоистой структурой позволяет использовать 2D-нанокомпозит в нанофотонике и оптоэлектронике, фото- и электрокатализе, а также использовать его в качестве наноантенн, сорбентов и электродов, в том числе в литиевых, магниевых и алюминиевых конденсаторах тока или электрохимических электрохимических источниках.
Роман Борисов, научный сотрудник Института химии и химической технологии Сибирского отделения Российской академии наук, рассказал о задачах, решаемых учеными:
«Мы занимаемся получением синтетических двумерных сульфидно-гидроксидных материалов, аналогов природных минералов.
Обратите внимание: Японские ученые осваивают технологии создания детей из клеток кожи.
До этого нам удалось синтезировать практически чистую фазу синтетического двумерного материала на основе природного минерала валлерита. Теперь нам удалось получить чистые сульфидно-гидроксидные аналоги природного слоистого минерала тохилинита. Они дешевы, экологичны и просты в производстве».Преимуществом новых материалов, в отличие от ранее синтезированных, является отсутствие меди в сульфидных слоях, что делает их более интересными с точки зрения свойств, хотя они менее устойчивы к окислению, отметил исследователь.
«Также мы научились целенаправленно влиять на распределение железа в сульфидном и гидроксидном слоях. Такой вариант настройки открывает больше возможностей для использования тохилинита в электронике и спинтронике», — рассказал Роман Борисов.
При этом разработчики отмечают, что если обычно для создания 2D-материалов необходимо провести компьютерное моделирование, чтобы понять, какими свойствами будет обладать материал с заданным для модели составом и структурой, то в данном случае вдохновением для создания тохилинового композитного материала стала природа.
«В науке существует интересный подход, основанный на «взгляде» на природу. Сама природа — замечательная лаборатория. Минералы валлерит и тохилинит природного происхождения уникальны тем, что построены из чередующихся сульфидных и гидроксидных слоев, каждый из которых имеет толщину всего в несколько атомных размеров, — говорит Максим Лихацкий, руководитель проекта, кандидат химических наук, старший научный сотрудник Института химии и химической технологии Сибирской академии РАН.
В природе состав минеральных слоев сильно зависит от среды, в которой они образовались.Исследователи пошли по стопам природы, повторили этот процесс в лаборатории, не только «скопировав» условия природного синтеза, но и значительно расширив состав материалов, что позволило получить соединения с новыми структурами сульфидных и гидроксидных слоев.
«Например, — продолжил Максим Лихацкий, — для управления свойствами материалов оказалось крайне важным контролировать содержание трехвалентного железа в гидроксидных слоях. Мы показали, что этот фактор существенно влияет на реакционную способность синтезируемых материалов и термическую стабильность, оптические и электронные свойства, представляющие интерес для ряда приложений».
Таким образом, красноярские исследователи первыми рассмотрели точилиниты и валлериты как синтетическую платформу для получения новых двумерных материалов со смешаннослойной структурой, отметил руководитель проекта.
НаукаНаукаScience Pop InventionsИсследованияНаукаPROКрасноярскИнновацииLongpost 4 EmotionsБольше интересных статей здесь: Новости науки и техники.
Источник статьи: Ученые создали новый перспективный 2D материал в виде наночешуек точилинита.
- Несмотря на то, что вода необходима для жизни, исследователи до сих пор задаются вопросом, как она вообще попала на Землю и могут ли те же процессы происходить у далеких звезд
- Наблюдение звездного объекта, излучающего радиосигнал каждые 22 минуты, позволило недавно предложить новый тип магнетаров - со сверхдлинным периодом