Esnek MXene Kaplamalar Her Yüzeyde Kalır
Fotoğraf : Bir fiber üzerindeki 2D malzeme (MXene) ve polimer kaplama, güçlü ve esnek özelliktedir.
MXene’lerin ve polimerlerin dağınık katman keki, yeni enerji depolama ve algılama cihazları sağlayabilecek sağlam kaplamalar için anahtardır.
Araştırmacılar, kumaş, plastik ve cam gibi çeşitli yüzeylerde MXenes adı verilen yeni 2D malzemelerin kaplamalarını yapmak için basit bir yöntem buldular. Daha önce yapılmış MXene filmlerle karşılaştırıldığında, sağlam kaplamalar kavisli yüzeylere bile güçlü bir şekilde yapışır ve bükülüp gerildiğinde özelliklerini korur.
Amerikan Kimya Derneği Güz 2021 toplantısında Polimerik Malzemeler Bölümü oturumunda çalışmayı sunan Texas A&M Üniversitesinde Kimya Mühendisi olan Jodie Lutkenhaus, ‘Bu teknik hayal bile edemeyeceğiniz yüzeylerde “sprey veya boya üzeri aküler veya kapasitörler’ için bir adımdır. Ya da sensörler duvarlara boyanmış ya da kumaş üzerine kaplanmış gibi alışılmadık yerlere entegre edilmiştir,” diyor.
MXene’ler, enerji depolama, kimyasal algılama, kataliz ve giyilebilir elektronikler için heyecan verici beklentiler gösteren, hızla büyüyen 2D, katmanlı, geçiş metali karbürleri veya nitrür ailesidir. Elemanların elektronik, optik ve kimyasal özelliklerini uyarlamak için karıştırılmasına ve eşleştirilmesine izin verirler. Araştırmacılar tipik olarak yüzeyleri püskürterek veya daldırarak kaplayarak MXene filmleri yaparlar. Ancak filmler kolayca çatlar, pul pul dökülür veya soyulur.
Lutkenhaus ve Texas A&M Üniversitesinden meslektaşları Micah Green ve Miladin Radovic, kaplamalarını bir alt tabaka üzerine dönüşümlü olarak negatif yüklü MXene katmanlarını ve poli(diallildimetilamonyum klorür) gibi pozitif yüklü bir polimeri biriktirerek yapıyorlar. Püskürterek veya daldırarak katmanları alt tabakaya bırakırlar.
Zıt yüklü malzemeler, elektrostatik kuvvetler yoluyla birbirine ve alt tabakaya yapışır. Kuvvetler, araştırmacılar üzerine bir parça yapışkan bant sürtüp soyduğunda kaplamanın yerinde kalmasını sağlayacak kadar güçlü.
Lutkenhaus, “Olumlu ve olumsuz yüklerden oluşan bir katman pastası gibi, ancak bir katmandan diğerine geçen MXene tabakaları ile daha düzensiz, bu yüzden iletkenliği koruyan birbirine bağlı bir ağ” olarak tanımlıyor. Filmin hacminin %10’undan daha azı polimerdir, bu nedenle hala MXene’nin tüm özelliklerine sahiptir, diye ekliyor.
Ekip, karbon fiberleri en çok çalışılan MXene Ti3C2Tx ile kaplayarak, enerji depolaması için kumaşlara dokunabilen esnek süper kapasitörler yaptı. Ve en son, radyo frekansı dalgalarıyla çarpıldığında ısınan yeni MXene Ti2CTz ve Nb2CTz ile filmler yaptılar. “Bu filmleri lokalize ısıtma için, örneğin yerinde yara iyileşmesi için veya [bir radyo frekansı] sensörü olarak kullanabilirsiniz” diyor.
Drexel Üniversitesi’nde kimyager ve malzeme mühendisi olan, MXeneleri ilk olarak tanımlayan Yury Gogotsi, güçlü bir şekilde yapışan kaplamaların özellikle enerji depolama veya hasat için fiber şekilli cihazlar yapmak veya tekstil ve giyilebilir elektroniklere gömülebilen algılama için faydalı olması gerektiğini söylüyor. Teknik aynı zamanda grafen, MXeneler ve bor nitrür gibi çeşitli 2D malzemeleri birleştirme fırsatı da sunuyor, böylece “her malzeme, ayarlanabilir özelliklere sahip hibrit [yapılara] yol açan yararlı özelliklerini ekliyor.”
Kaynak : acs.org
