Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
На этой фотографии показан поперечный разрез плёнки из 20 двойных слоёв нанотрубок, снятый с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM). Хорошо видна структура плёнки: трубки не ложатся параллельно поверхности, а направлены в разные стороны, образуют взаимопроникающую структуру, обеспечивающую пористость образца (фото Journal of the American Chemical Society).
Схематическое изображение процесса синтеза (иллюстрация Journal of the American Chemical Society).
Сверху показана зависимость толщины полученных плёнок от pH растворов (зафиксирован показатель раствора положительно заряженных молекул). Видно, что по мере увеличения pH второго раствора толщина снижается. Снизу – цифровая фотография полученных образцов. Здесь n – количество двойных слоёв в плёнке (MWNT-NH2/MWNT-COOH)n (фото Journal of the American Chemical Society).

МЕМБРАНА: Сборная чистых нанотрубок играет на поле супербатарей

Ключевые слова:  нанотрубки

Опубликовал(а):  Кузнецов Сергей Сергеевич

08 сентября 2009

Давно известно, что углеродные нанотрубки (carbon nanotube — CNT), эти микроскопические цилиндры из одноатомных слоёв углерода, способны проводить и хранить электрический заряд. Причём по этим показателям они значительно превосходят других своих углеродных "собратьев". Большая суммарная площадь поверхности таких трубок позволяет использовать их для создания батарей и конденсаторов, которые могли бы по многим параметрам превзойти современные аналоги.

Однако на пути учёных к столь желанной цели стоит проблема сбора нанотрубок в один упорядоченный массив со строго определёнными свойствами.

Различные добавки, которыми объекты "склеивают" (к примеру, для нанесения на электроды), влияют на дальнейшую работу устройств на их основе. И далеко не всегда положительным образом. Если же их собирать без использования других веществ (физическими методами), то между отдельными нанотрубками остаются слишком большие расстояния (высокая пористость), что также сказывается на свойствах.

Результат: оба существующих подхода к созданию плёнок на основе углеродных нанотрубок приводят к ухудшению электрических свойств конечного продукта – проводимости и ёмкости.

Многие научные группы по всему миру борются с этими эффектами. Однако в Массачусетском технологическом институте (MIT), в лаборатории под руководством профессора Полы Хаммонд (Paula Hammond) и профессора Ян Шао-Хорн (Yang Shao-Horn), впервые были получены чистые, плотные, тонкие плёнки из многослойных углеродных нанотрубок (MWNT).

Многослойные углеродные нанотрубки есть не что иное, как "матрёшка" из нескольких однослойных трубочек (SWNT), вложенных одна в другую.

Уже несколько лет научная группа Хаммонд и Шао-Хорн работает над послойным методом сборки таких плёнок (layer-by-layer assembly) и достигла в этой области впечатляющих результатов.

Статья авторов, посвящённая данному исследованию, опубликована в Journal of the American Chemical Society, её также можно скачать здесь (PDF-файл, 652 килобайта).

Для начала микроскопические объекты делят на две порции и создают на их основе два раствора: в одном к ним присоединяются положительно заряженные молекулы (результат: MWNT-NH2), в другом – отрицательно заряженные (MWNT-COOH).

Затем исследователи поочередно окунают подложки (один из вариантов: кремниевые) в соответствующие растворы. Разница зарядов приводит к образованию ровных тонких плёнок, в которых многослойные углеродные нанотрубки держатся друг за друга без каких-либо клеящих веществ. Благодаря наличию зарядов решается и другая распространённая проблема: трубки не слипаются в комочки, так как одинаково заряженные объекты отталкиваются друг от друга.

Толщина полученных плёнок зависела от pH растворов, в которые опускалась подложка.

Полученные плёнки снимались с подложки и отправлялись в печь. В атмосфере водорода при 300 °С все оставшиеся функциональные группы удалялись с поверхности, оставались лишь чистые углеродные нанотрубки без каких-либо добавок.

Поры составляли порядка 35-43% объёма плёнки (в будущем при создании аккумуляторов их заполнят литием или жидким электролитом).

После отжига учёные наблюдали падение сопротивления на 82% и небольшое уменьшение толщины плёнок (в среднем на 10%). Отметим, что проводимость полученных образцов была всё же выше, чем у ультратонких проводящих плёнок на основе вертикально расположенных однослойных углеродных нанотрубок, однако тот же показатель был ниже, чем у электродов на основе композитного материала (полимер из всё тех же SWNT).

Что же касается ёмкости (среднее значение 159±10 Ф/г), то здесь новым плёнкам почти нет равных, отмечает Ян Шао-Хорн. А это значит, что устройства на основе созданных в её лаборатории объектов сохранят свою работоспособность дольше, будут заряжаться быстрее и обладать большей по сравнению с аналогами выходной мощностью.

Учёные сравнивают своё детище с электродами, на которые похожим послойным методом был нанесён композитный материал (полимер и нанотрубки). Однако полимер не может по проводимости сравниться с микроскопическими объектами из атомов углерода, потому и общий показатель таких плёнок "хромает". Если же в качестве сравнения брать электроды, на которых был выращен "лес" вертикально стоящих однослойных нанотрубок, то их массив получается недостаточно плотным.

Ещё одним несомненным достоинством новых плёнок является возможность модификации их поверхности (в процессе синтеза можно варьировать параметры, например pH растворов или количество двойных слоёв, что приведёт к изменению характеристик конечного материала). В случае со связующим веществом это сделать сложнее, так как оно почти не позволяет изменять свойства поверхности.

Есть и недостаток, с которым химики из MIT пока ещё не смогли справиться: метод послойной сборки плёнок занимает много времени. Толщина типичных электродов порядка 10-100 микрометров, а группа Хаммонд создаёт плёнки толщиной всего лишь в один микрометр.

Впрочем, работа не стоит на месте, и учёные продолжают двигаться в направлении улучшения технологии, разрабатывая методику нанесения на подложку раствора в виде аэрозоля. Такой подход сократил бы время на создание плёнок в разы, говорит Шао-Хорн, а это очень важно для коммерциализации производства.


Источник: МЕМБРАНА




Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Новогоднее Нанолепие
Новогоднее Нанолепие

Наносистемы: физика, химия, математика (2024, Т. 15, № 1)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume15/15-1
Там же можно скачать номер журнала целиком.

Наносистемы: физика, химия, математика (2023, Т. 14, № 5)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume14/14-5
Там же можно скачать номер журнала целиком.

Наносистемы: физика, химия, математика (2023, Т. 14, № 4)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume14/14-4
Там же можно скачать номер журнала целиком.

Материалы к защитам магистерских квалификационных работ на ФНМ МГУ в 2023 году
коллектив авторов
30 мая - 01 июня пройдут защиты магистерских квалификационных работ выпускниками Факультета наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова.

Материалы к защитам выпускных квалификационных работ бакалавров ФНМ МГУ 2022
Коллектив авторов
Материалы к защитам выпускных квалификационных работ бакалавров ФНМ МГУ 2022 содержат следующую информацию:
• Подготовка бакалавров на факультете наук о материалах МГУ
• Состав Государственной Экзаменационной Комиссии
• Расписание защит выпускных квалификационных работ бакалавров
• Аннотации квалификационных работ бакалавров

Эра технопредпринимательства

В эпоху коронавируса и борьбы с ним в существенной степени меняется парадигма выполнения творческих работ и ведения бизнеса, в той или иной мере касаясь привлечения новых типов дистанционного взаимодействия, использования виртуальной реальности и элементов искусственного интеллекта, продвинутого сетевого маркетинга, использования современных информационных технологий и инновационных подходов. В этих условиях важным является, насколько само общество готово к использованию этих новых технологий и как оно их воспринимает. Данной проблеме и посвящен этот небольшой опрос, мы будет рады, если Вы уделите ему пару минут и ответите на наши вопросы.

Технопредпринимательство в эпоху COVID-19

Небольшой опрос о том, как изменились подходы современного предпринимательства в контексте новых и возникающих форм ведения бизнеса, онлайн образования, дистанционных форм взаимодействия и коворкинга в эпоху пандемии COVID - 19.

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.