Учёные создали наноскрутки MXene для сверхпроводящих плёнок и суперконденсаторов

Исследователи из Университета Дрекселя разработали метод превращения двумерных наноматериалов MXene в одномерные наноскрутки. Эти структуры, в 100 раз тоньше человеческого волоса, обладают повышенной проводимостью и открывают новые возможности для создания гибких сверхпроводящих плёнок, высокоэффективных сенсоров и аккумуляторов.

Работа, опубликованная в журнале Advanced Materials, описывает масштабируемый процесс производства наноскруток из многослойных хлопьев MXene. Контролируя химическую среду, учёные вызывают структурный дисбаланс (реакцию Януса), заставляющий слои отклеиваться и сворачиваться в плотные трубки.

«Двумерная морфология важна во многих приложениях. Однако есть области, где одномерная морфология превосходит её. Это как сравнивать стальные листы с металлическими трубами или арматурой», — пояснил профессор Юрий Гогоци, соавтор исследования.

Скрученная структура предотвращает «наноограничение», характерное для плоских слоёв, создавая «скоростные магистрали» для свободного движения ионов. Это критически важно для повышения скорости зарядки аккумуляторов и эффективности систем опреснения.

«Открытая полая структура скрутки решает проблему доступа молекул к активным участкам поверхности MXene. Это, в сочетании с высокой проводимостью материала, обеспечивает сильный и стабильный сигнал, что перспективно для биосенсорики», — отметил Гогоци.

Особый прорыв связан со сверхпроводимостью. Используя скрутки из карбида ниобия, учёные впервые получили свободно стоящие макроскопические плёнки, демонстрирующие сверхпроводимость при комнатной температуре. Это открывает путь к созданию гибких сверхпроводящих межсоединений или квантовых сенсоров.

Также наноскрутки можно встраивать в полимеры для создания прочных и электропроводящих «умных» тканей, устойчивых к многократному растяжению.