Утес двумерного мира Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

¡Я НАУКА В КАРТИНКАХ

Этот на первый взгляд скальный ландшафт в действительности представляет собой наноматериал из тончайших двумерных пластинок соединения на основе карбида титана.

Электронная микрофотография Б. Анасори (Университет Дрекселя, США)

Image courtesy of the Materials Research Society (www.mrs.org) Science as Art Competition and Babak Anasorl, Michel W. Barsoum, Yury Gogotsl and Michael Nagulb, Drexel University

Утес двумерного

мира

Так называемые двумерные материалы, т.е. структуры с относительно очень малой толщиной, привлекли внимание ученого сообщества совсем недавно. Самый известный на сегодня двумерный материал - это графен, состоящий из одноатомного слоя углерода. В 2010 г. за исследование электронных свойств графена А. Гейм и К. Новоселов, бывшие советские ученые, стали лауреатами Нобелевской премии по физике.

Благодаря своим необычным свойствам графен находит широкое применение в различных областях - от создания новых композитных материалов до электроники и новых типов электрических батарей. Но это лишь один из представителей большой группы двумерных структур, в которую также входят глины (глиноземы), гексагональный нитрид бора, дисульфид молибдена и другие хорошо известные и широко использующиеся материалы. Более того, семейство таких материалов продолжает расти по мере открытия новых соединений с двумерной структурой.

Например, двумерной структурой может обладать карбид титана (Т13С2). В сканирующем электронном микроскопе стопки двумерных слоев карбида титана очень напоминает пустынный горный утес.

Эта форма карбида титана входит в новое большое семейство двумерных карбидов и карбонитридов переходных металлов, которые были недавно открыты учеными из Университета Дрекселя (США). Представители этого семейства были названы МХ-енами, так как они получаются расщеплением на слои так называемых МАХ-фаз.

Последние, в свою очередь, образуют еще более обширное семейство тройных карбидов, карбонитридов и нитридов переходных металлов с химической формулой Мп+1АХп, где М - переходный металл первых переходных групп (11, Сг, № и т. п.); А- элемент подгруппы АIV-VI групп (А1,81, 8п, 8, РЬ и т. д.); Х- углерод или азот; п принимет значения от 1 до 3. В настоящий момент известно около тысячи различных МАХ-фаз.

Для получения МХ-ена МАХ-фазу обрабатывают соединением плавиковой кислоты, благодаря чему из него удаляется элемент группы А. В результате получаются слабосвязанные слои МХ-фазы, которые далее отделяют друг от друга в водной среде при помощи ультразвука.

Поверхность слоев МХ-енов гидрофильная, но при этом они обладают хорошей электропроводимостью, благодаря чему могут использоваться как аноды для литиевых аккумуляторов и электроды для электрохимических конденсаторов.

На сегодняшний день успешно получены семь различных МХ-енов. Простота описанной технологии позволяет надеяться, что такие структуры могут быть получены не только в лабораторных, но и в промышленных количествах.

М. Нагиб, Б. Анасори, М.В. Барсум, Ю. Гогоци (Университет Дрекселя,

Филадельфия, США)

Литература

Nagiiib M., Mashtalir О., Carle J., Presser V., Lu J. et al. Two -Dimensional Transition Metal Carbides, ACS Nano 6(2) 1322-1331 (2012), http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ nn204153h

127

© M. Naguib, В. Anasori, M.W. Barsoum, Y. Gogotsi, 2013