Отправляет email-рассылки с помощью сервиса Sendsay

Физикохимия поверхности и защита материалов

Подписаться Бесплатная новостная рассылка Подписчиков 11 RSS
←   Декабрь 2009   →
 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31


За последние 60 дней ни разу не выходила


Сайт рассылки: http://m-protect.ru
Открыта: 02-04-2009

Автор
Денис

Статистика

11 подписчиков
0 за неделю
←   Все выпуски   →

Физикохимия поверхности и защита материалов


РЕДКОЛЛЕГИЯ ФИЗИКОХИМИЯ ПОВЕРХНОСТИ И ЗАЩИТА МАТЕРИАЛОВ

ИНФОРМАЦИОННЫЙ БЮЛЛЕТЕНЬ #22 (34)
+ Международные новости
 
Графеноподобный пористый полимер
 

Image

Исследовательская группа Андрея Гейма (Andre Geim) совместно с коллегами из Института Полимеров Макса Планка (Майнц, Германия) впервые получили двумерные графеноподобные полимеры с регулярным размером и упорядоченным взаимным расположением пор.

Полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа (слева) и шаростержневая модель двумерного пористого полимера (справа: углерод – светло-зеленый, водород – белый, поверхность серебра – серые сферы)

Графен представляет собой двумерную кристаллическую решетку. Атомы углерода, образующие эту решетку, располагаются в вершинах правильных шестиугольников, что делает ее похожей на пчелиные соты.

Углеродные нанотрубки можно представить себе как свернутые листы графена; кристалл графита – как «стопку» листов графена.

Графен может похвастаться следующими уникальными свойствами – он обладает исключительной прочностью на разрыв, отличается замечательной теплопроводностью и сочетает такие несовместимые свойства как хрупкость и пластичность. Помимо этого, графен непроницаем для газов, что делает его перспективным материалом для создания герметичных газонепроницаемых мембран. Необычные электронные свойства графена позволяют говорить об отдаленной перспективе замены графеном кремния в полупроводниковых устройствах.

Для получения такого полимера исследователи создали условия для самопроизвольной самоорганизации функционализированных фенильных колец на двумерной поверхности серебряного субстрата. Такой подход позволил получить пористую форму графена, диаметр пор в которой составляет меньше размера единичного атома, а значение расстояния между порами составляет менее нанометра.

До настоящего времени пористый графен получали с помощью литографических методов, позволяющих «вытравливать» поры в слое материала. Однако поры, которые могут получить методом литографии, как правило, отличаются размером много большим, чем диаметр нескольких атомов. Поры, полученные «литографическим» способом, расположены друг от друга на больших расстояниях, чем поры, полученные новым методом, основанным на самоорганизации.

Новый процесс, который основан на самоорганизации ароматических строительных блоков в предопределенных структурой этих блоков локациях, позволяет получить двумерную систему регулярного строения.

Новый метод позволяет получить графеноподобные полимеры с порами, расположение которых отличается большей регулярностью, чем расположение пор в графеноподобных материалах, получаемых иными существующими методиками.

Добавить комментарий
Toshiba создала молекулярный фоторезист для EUV-литографии
 
Toshiba заявляет о том что разработала высокочувствительный фоторезист для литографического процесса с применением сверхглубокого ультрафиолета EUV (extreme ultraviolet) при производстве полупроводников. Преимущества материала подтверждены в ходе испытаний с использованием 20-нм техпроцесса.

Достижение важно потому, что вместе с увеличением плотности размещения полупроводниковых элементов, когда литографические технологии подходят к 20-нм масштабам, обычные полимерные фоторезисты уже не справляются с возложенными на них задачами. Размеры их молекул и связи между молекулярными цепочками являются ограничителем. К тому же, сегодняшнее оборудование для аргон-фторидной лазерной экспозиции не способно обеспечить требуемых разрешений. Решение – в переходе на EUV-литографию и фоторезист, основанный на низкомолекулярном веществе.

При нанесении рисунка полупроводниковых цепей на подложку нужны позитивные и негативные фоторезисты, что позволяет сохранить точность структуры. При позитивном экспонировании подвергшиеся облучению участки удаляются с пластины. При негативном – удаляются участки, не попавшие под излучение. Низкомолекулярный состав Toshiba получила из производного соединения труксена (truxene), который более стоек, чем полимеры. После успешного получения тестового рисунка на подложке в 20-нм масштабе компания намерена продолжить совершенствование молекулярного резиста и его подготовку к выпуску 20-нм высокоинтегрированных LSI-компонентов. Согласно Международному графику полупроводниковых технологий (International Technology Roadmap for Semiconductors, ITRS), крупномасштабное производство этого поколения устройств начнётся в 2013 году.

Добавить комментарий
Эксперимент доказал особые электронные свойства графена
 
Image

Последние десятилетия аллотропные модификации углерода все чаще привлекают исследователей в области наноматериалов и наноэлектроники. Первоначально физики интенсивно изучали фуллерены, затем ученых заинтересовали углеродные нанотрубки. В настоящее время наиболее пристальное внимание физиков и специалистов в области нанотехнологий приковано к графену.

Монослой графена (красный) растянут между двумя золотыми электродами (желтые) на расстоянии 150 нм над субстратом SiO2/Si (серый). (Рисунок из Nature, 2009, 462, 196)

Графен представляет собой не только самый тонкий материал в мире, он на порядок прочнее стали, и при комнатной температуре проводит электрический ток лучше любого из известных материалов. Как эти, так и другие необычные свойства графена привлекают к нему интерес физиков и специалистов по нанотехнологии, которые хотят использовать графен для получения механических и электронных устройств нового типа.

Кирилл Болотин (Kirill Bolotin), работающий в Университете Вандербилта отмечает две характерные черты, обуславливающие исключительность графена – это, во-первых, высокая сопротивляемость молекулярной структуры графена возникающим дефектам; во-вторых, электроны, переносящие электрический заряд, в графене перемещаются гораздо быстрее, чем в металлах и сверхпроводниках.

Ранее работая над докторской степенью в лаборатории Филиппа Кима (Philip Kim), Болотин занимался получением сверхвысокочистого графена и изучением электронных свойств этого материала. Исследователям удалось очистить графен до высокой степени и впервые наблюдать проявление графеном необычного электронного эффекта – дробного квантового эффекта Холла.

Этот эффект представляет собой одно из проявлений квантового эффекта Холла, когда при дробных числах заполнения уровней Ландау в двумерном электронном газе на графической зависимости холловского сопротивления от величины магнитной индукции, наблюдаются участки с неизменным поперечным сопротивлением — «плато».

Несмотря на то, что графен представляет собой первое экспериментально полученное вещество с двумерной кристаллической решеткой, физики разрабатывали модели электронных и магнитных явлений, характерных для двумерных газов и твердых веществ задолго до его открытия. В 1998 году Цуи (D.C. Tsui), Штормер (H.L. Stormer) и Лаффлин (R.B. Laughlin) получили Нобелевскую премию по физике за открытие и объяснение природы дробного квантового эффекта Холла.

С момента получения первых образцов графена физики практически безуспешно пытались обнаружить проявление этим материалом дробного квантового эффекта Холла. Исследователи из группы Кима предположили, что прежние неудачи заключались во влиянии поверхности, на которой располагался изучаемый графен. Для того чтобы избавиться от влияния поверхности, исследователи с помощью микролитографии расположили листочки сверхвысокочистого графена над поверхностью полупроводникового чипа, закрепив графен на микроэлектродах из золота. Полученную систему охладили до 6 градусов Кельвина, приложили к системе магнитное поле, после чего графен однозначно продемонстрировал ранее предсказанный теоретически квантовый эффект Холла.

Лучше всего понять наблюдавшийся эффект, представив, что электроны в графене образуют очень тонкий слой «электронной жидкости». При приложении магнитного поля в электронной жидкости образуется некоторое подобие водоворотов. Так как заряд электрона отрицательный, генерированные магнитным полем вихреобразные движения «электронной жидкости» приобретают положительный заряд, абсолютное значение которого составляет 1/3, 1/2 и 2/3 заряда электрона. Такие переносчики положительного заряда притягиваются к проводящим электронам и взаимодействуют с ними, образуя квазичастицы с дробным значением электрического заряда.

Изучение электронных свойств графена важно, так как в отличие от других материалов, применяющихся в электронике, графен остается стабильным и сохраняет проводимость и на молекулярном уроне. Таким образом, когда существующие электронные устройства на основе кремния достигнут фундаментального физического предела миниатюризации, устройства из графена вполне могут заменить кремниевую микроэлектронику.

Источники:

1. Nature, 2009, 462, 196; doi:10.1038/nature08582

2. http://www.chemport.ru/datenews.php?news=1917

Добавить комментарий
Банк данных по адсобции и углеродным адсорбентам
 
В системе интернет для бесплатного пользования размещен созданный на химическом факультете московского государственного университета им. М.В. Ломоносова банк данных  по адсобции и углеродным адсорбентам (http://www.adsorption.ru, http://adsbank.chem.msu..ru). Реализованный банк данных  не является завершенной системой. Авторы будут признательны всем желающим за предоставленные дополнительные экспериментальные данные по адсорбции различных субстратов или смесей субстратов на различных адсорбентах, а также за новые данные по химико-технологическим характеристикам адсорбентов.
Из нанотрубок впервые получены многометровые волокна
 

Image

Международная группа материаловедов долгие девять лет разрабатывала способ действительно массового производства длинных волокон из углеродных нанотрубок. Исследование увенчалось статьёй в журнале Nature Nanotechnology.

Углеродные нанотрубки длинные и узкие, поэтому в текущем растворе они ведут себя как брёвна, сплавляемые по реке: постепенно выравниваются друг относительно друга (фото Rice University).

Нынешняя работа базируется на открытии 2001 года, сделанном нобелевским лауреатом Ричардом Смолли (Richard Smalley), который занимался наукой в университете Райса (Rice University). Он и его коллеги обнаружили, что "раствор" нанотрубок позволяет легко выровнять их в одном направлении (обусловлено их формой), что положительно сказывается на свойствах всей массы.

Однако создать такой раствор не так-то просто, ведь нанотрубки не растворяются в веществах, обычно используемых для этой цели. В 2003 году химики из Райса обнаружили, что нанотрубки можно "растворить" в серной кислоте и затем работать с их массой как с жидкостью. Кислота как бы покрывает нанотрубки оболочкой из положительно заряженных атомов.

Позже оказалось, что просто найти растворитель недостаточно. Надо подобрать такую его версию (и концентрацию), чтобы микроскопические "палочки" выстроились в большую, хорошо организованную структуру. Тогда для получения волокон высокого качества массу можно будет продавливать через подобие мясорубки или душевой насадки. Кроме того, могут быть использованы все те технологии, что были созданы до сих пор для обработки пластмассы.

Последние пять лет учёные из Райса при помощи коллег из Института нанонауки и технологий (Institute for Nanoscale Science and Technology), университета Пенсильвании (University of Pennsylvania) и израильского технологического университета Technion создавали и изучали самые разные растворы нанотрубок в кислотах.

Израильтяне, чтобы лучше исследовать получаемые массы, существенно дорабатывали имеющиеся методы анализа. При этом вся команда участвовала в пополнении копилки знаний этой неизведанной области науки (подробности в пресс-релизе университета Райса).

"Быстрой такую интернациональную работу не назовёшь. Зато теперь мы хорошо разобрались во многих процессах, можем предсказать и знаем, как контролировать поведение нанотрубок", — рассказывает профессор Маттео Паскуали (Matteo Pasquali) из Райса.

Кстати, лучшим растворителем была признана хлорсульфоновая кислота (chlorosulphonic acid) с концентрацией до 0,5 весовых процента. В ней нанотрубки самопроизвольно растворялись примерно в тысячу раз лучше, чем в других.

"Сейчас мы работаем над созданием электрических линий передачи. Металлические углеродные нанотрубки проводят электрический ток лучше меди, при этом они меньше весят и лучше работают", — поясняет Паскуали.

Правда, исследователи могут похвастаться высокопроводящими, но не очень прочными волокнами (по сравнению с другими материалами на основе углерода). Маттео полагает, что в будущем это неприятное обстоятельство можно обойти путём использования более длинных углеродных нанотрубок. Такой способ теоретически должен увеличить прочность в 10 раз.

Как ни странно, но одним из ограничений для создания таких длинных проводящих волокон является отсутствие отработанного процесса производства самих нанотрубок (то есть исходного материала). Пока во всём мире лишь единичные команды учёных могут похвастаться возможностью контроля за составом производимого материала.

О том, чтобы создавать нанотрубки с заданным составом, строением и свойствами в промышленных масштабах (большими партиями), и речи не идёт. А между тем для выпуска проводящих волокон нужны партии металлических нанотрубок, среди которых не встречаются, к примеру, те, что обладают полупроводниковыми свойствами.

Паскуали отмечает, что лишь недавно группа химиков, руководимая специалистами из исследовательского института "Хонды" (Honda Research Institute), выпустила статью в Science, в которой описала метод массового получения металлических нанотрубок.

Интересно, будет ли нынешняя разработка учёных когда-нибудь участвовать в конкурсе Tether Strength Competition, который ежегодно собирает желающих построить космический лифт?

Читайте также о предыдущих достижениях в области плетения нитей из нанотрубок и о создании самого большого листа из аналогичного материала.

Источники:

1. http://www.membrana.ru/lenta/?9855

2. http://www.technologyreview.com/energy/23921/

Добавить комментарий

Новый материал увеличит емкость чипов памяти в 50 раз
 
Ученые из университета Северной Каролины создали композитный материал, который позволит радикально увеличить емкость компьютерных чипов памяти, сообщает TGDaily. Уникальные свойства нового материала также открывают перспективы создания экономичных керамических двигателей внутреннего сгорания и разработки высокоэффективных полупроводников.
Работая на наноуровне, инженеры смогли добавить примесь металлического никеля к керамическому оксиду магния. Размеры кластеров атомов никеля в полученном композитном материале составляют не более 10 квадратных нанометров. Это на 90 процентов меньше, чем позволяют сегодняшние технологии.
Новый метод позволит в 50 раз увеличить емкость электронных носителей для хранения данных, говорит доктор Джагдиш Нараян (Jagdish Narayan) из университета Северной Каролины. Чип памяти размером с ноготь сможет содержать терабайт информации.
Полученный композитный материал обладает и другими уникальными свойствами. По словам Нараяна, с его помощью можно создавать новое поколение керамических двигателей внутреннего сгорания. Такие моторы смогут работать при температуре, вдвое превышающей предел сегодняшних двигателей. При этом расход топлива составит три литра на 100 километров (80 миль на галлон). По мере дальнейшего улучшения теплопроводности новый материал найдет применение также в альтернативной энергетике, в частности, в солнечных батареях.
Открытие американских ученых имеет большое значение и для развивающегося направления квантовой физики - спиновой электроники (спинтроники). Сейчас электричество передается по проводам с помощью движения заряженных частиц, которое приводит к нагреву проводника. Спинтроника изучает возможность переноса энергии с помощью управления спином электронов, что не вызывает повышения температуры.
Спин - это квантовая характеристика элементарных частиц, их момент импульса. Спины электронов в новом материале можно контролировать, что открывает широкие перспективы его применения для производства более эффективных полупроводников.
 
Ссылки по теме
Сайты по теме
 
 
Созданы двух- и трехмерные структуры из нанопроводов
 
Специалисты из Гарвардского университета (США) нашли способ изгибать полупроводниковые нанопровода в процессе их роста и формировать зигзагообразные структуры.

Предложенная методика базируется на использовании стереогенных центров — жестких треугольных соединительных элементов. Термин «стереогенный центр» взят из химии, где служит для обозначения структурных единиц молекул стереоизомеров.

Изогнутый нанопровод. В местах сгиба, отмеченных зелеными линиями, располагаются треугольные соединительные элементы (иллюстрация из журнала Nature Nanotechnology).

Для того чтобы ввести такой элемент в создаваемую конструкцию, исследователи в нужный момент останавливали рост нанопровода, удаляя необходимые газообразные реагенты. Через 15 секунд рост возобновлялся, после чего все повторялось снова; как показали многократно повторенные опыты, изгибались 40% сформированных нанопроводов.

Расстояние между стереоцентрами — точками сгиба — надежно контролируется, — описывает достоинства технологии участник исследования Бочжи Тянь (Bozhi Tian). — К тому же наш метод универсален: мы провели успешные эксперименты с нанопроводами из кремния, германия и сульфида кадмия».

Авторы также показали, что создаваемые стереоцентры можно легко превращать в элементы наноэлектроники, меняя легирующие примеси в процессе синтеза. При использовании диборана B2H6 и фосфина PH3 в качестве акцепторной и донорной примесей в местах сгиба нанопроводов были сформированы p-n-диоды и полевые транзисторы.

Источники:
1. http://science.compulenta.ru/470074/
2. http://www.seas.harvard.edu/…t-and-narrow

Добавить комментарий

Отжиг эксимерным лазером силикатного стекла с наночастицами серебра
 
В настоящее время композиционные материалы, содержащие металлические наночастицы, рассматриваются как основа для создания новых фотонных сред с перспективой их применения в области оптоэлектроники и нелинейной оптики. При этом значительное внимание уделяется разработке методик контроля и управления размером металлических наночастиц. Это обусловлено тем, что такие их свойства, как квантовый размерный эффект, одноэлектронная проводимость и др., необходимые для различных приложений, наблюдаются до определенного размера частиц. Однако реальные образцы состоят из большого ансамбля частиц, и поэтому степень их разброса по размерам становится одним из основных параметров, определяющих оптические свойства композиционного материала. Одним из известных способов контролируемой модификации металлических наночастиц в диэлектрических средах является термический отжиг, который позволяет управлять размером частиц и распределением их по размерам путем их плавления. Недавно было показано, что для этой цели можно использовать лазерный отжиг.

Основной особенностью ранее проведенных экспериментов по лазерному отжигу сред с металлическими наночастицами является то, что лазерное воздействие осуществлялось на длинах волн, соответствующих спектральной области оптической прозрачности использованных диэлектрических матриц. Относительно недавно был предложен несколько иной режим лазерного отжига, при котором натрий-калиевое силикатное стекло с ионно-синтезированными металлическими наночастицами облучалось мощными импульсами эксимерного лазера на длине волны в области поглощения стекла. Именно этот подход применила группа исследователей под руководством Андрея Степанова в совместном эксперименте Казанского физико-технического института РАН и Лазерного центра Ганновера (Германия).

При использованных параметрах лазерного излучения образовывался жидкий расплав стекла с жидкими металлическими наночастицами, которые за время существования расплава частично растворялись в стекле. Благодаря очень быстрому охлаждению расплавленного слоя образовывался композиционный слой, представляющий собой метастабильный пересыщенный твердый раствор стекло - атомы металла (Ag) с включениями наночастиц серебра.

Представляет интерес исследовать влияние термического отжига на такой метастабильный композиционный слой с точки зрения изменения функции распределения наночастиц по размерам. Можно полагать, что термический отжиг такого композита способен привести к восстановлению наночастиц серебра с более узкой функцией распределения по размерам, по сравнению с имплантированным стеклом. Поэтому были проведены эксперименты по термическому отжигу образцов, которые предварительно подвергались лазерному отжигу. Основной вывод авторов заключается в том, что термический отжиг действительно ведет к заметному сужению функции распределения частиц по размерам, что имеет принципиальное значение в плане использования на практике ионно-лучевой технологии синтеза композиционных слоев и самих материалов в опто- и наноэлектронике.

Данная работа была поддержана ОФН РАН «Новые материалы и структуры» и РФФИ (№04-02-97505-р), а также Немецким научным фондом им. Александра Гумбольдта и Австрийским научным фондом по программе им. Лизы Майтнер.

«Информнаука», http://www.informnauka.ru/

Добавить комментарий
Ионные жидкости для электрохимии
 

Image

Исследователи из Италии предлагают способ, позволяющий применять ионные жидкости, для электрохимической обработки материалов.

Правильно подобранный анион позволяет ионам металлов растворяться в ионных жидкостях. (Рисунок из Green Chem., 2010, DOI: 10.1039/b919111a)

Ионные жидкости, отличающиеся низкой летучестью и, следовательно, практически не оказывающие влияния на окружающую среду, долгое время рассматривались как многообещающая среда для проведения электрохимических процессов – электроосаждения металла или аппретуры металлических поверхностей. Однако, для таких процессов необходимы концентрированные растворы металлов в ионной жидкости, которые до настоящего времени не удавалось получить из-за высокоорганизованной структуры ионной жидкости и прочной связи образующих ее ионов между собой.

Цинтия Чиаппе (Cinzia Chiappe) из Университета Пизы смогла получить концентрированные растворы металлов в ионных жидкостях, применив явление, известное как «эффект общего иона». Обычно эффект общего иона, например, растворение двух солей различных металлов с одинаковым анионом, приводит к понижению концентрации растворенных веществ. Тем не менее, растворяя в ионной жидкости соли металлов с анионами, входящими в состав этой ионной жидкости, Чиаппе смогла получить растворы, отличающиеся чрезвычайно высокими концентрациями катионов серебра, никеля, алюминия, хрома, кобальта, иттрия и меди (например, для солей иттрия концентрация составляла 2,12 моль/л).

По слова Чиаппе, исследователи ее группы сами были ошеломлены полученными результатами, отмечая, что хотя они и ожидали некоторого увеличения растворимости солей металлов, но все равно были удивлены количествами солей, которые смогли раствориться в ионной жидкости. Она предполагает, что наличие общего для ионной жидкости и соли металла аниона позволяет минимизировать энергетические затраты, необходимые для разрыва связи между ионами жидкости.

Источник: Green Chem., 2010, DOI: 10.1039/b919111a

Добавить комментарий

Нанокластеры для оптического диска будущего
 
Упорядоченные структуры из наночастиц, так называемые сверхрешётки, могут обладать необычными свойствами, прежде всего оптическими. Поэтому предполагается, что именно на основе таких структур будут созданы оптические интегральные схемы, новые устройства для телекоммуникаций или хранения информации. Исследования в этом направлении активно ведут во многих лабораториях мира.

Ученые из Института прикладной физики РАН изучали разные способы создания сверхрешеток из наночастиц. Один из них — получение упорядоченного узора из нанокластеров золота в прозрачной матрице. Для этого в полимерной пленке, содержащей HAuCl4, с помощью лазера инициировали распад этого соединения с образованием ионов золота. При последующем нагреве в месте воздействия лазерного луча вырастали нанокластеры золота. Если лазерную обработку вести сквозь специальную маску, наложенную на пленку, то имеющийся в маске рисунок оказывается запечатленным нанокластерами.

В другом методе также использовали маску, правда, в традиционном для микроэлектроники смысле: с ее помощью формировали рисунок на фоторезисте. По окончании технологического процесса на подложке из оксида кремния получались сверхрешетки круглых частиц ферромагнетика (кобальта) диаметром 100 нм и периодом 160 нм. Эта структура представляет интерес как основа для магнитооптических дисков будущего. Дело в том, что наноструктурированные ферромагнитные пленки способны поворачивать плоскость поляризации падающего на них света. Пятнадцать лет назад это явление успешно использовали для изготовления магнитооптических дисков, однако после открытия явления гигантского магнитосопротивления они не выдержали конкуренции и покинули рынок. Использование нанотехнологий способно возродить интерес к этой разновидности устройств хранения информации, поскольку может снизить цену на их изготовления. Быстродействие же таких дисков может быть выше, чем магнитных.

Работа выполнена при поддержке Федерального агентства по науке и инновациям (Роснаука) (в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007 — 2012 годы»).

«Информнаука», http://www.informnauka.ru/
Нанорельеф повысит активность топливных элементов
 
Электроды с особой структурой поверхности могут удвоить эффективность экологически чистых электрохимических источников энергии, сообщают исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) в статье, опубликованной недавно в он-лайн версии авторитетного журнала the Journal of the American Chemical Society.

Топливные элементы — устройства, способные вырабатывать электрический ток из водорода или иного топлива без его сжигания — считаются очень перспективным источником энергии для самых разных целей: от жилых домов и автомобилей до миниатюрных устройств, таких как мобильные телефоны и ноутбуки. Их главные преимущества — бесшумность и отсутствие выбросов парниковых газов и иных загрязнителей воздуха — до сих пор перевешивалось исключительно высокой ценой, и ученые во всем мире пытались найти какие-либо пути сделать топливные элементы дешевле в производстве.

Группа исследователей из MIT, возглавляемая адъюнкт-профессором машиностроения и материаловедения Янг Шао-Хорн (Yang Shao-Horn) разработала технологию, способную многократно увеличить активность электродов в одном из видов топливных элементов, использующем в качестве топлива метанол. В ближайшей перспективе он может вытеснить обычные батареи в портативных электронных устройствах. Поскольку в таких топливных элементах используются платиновые электроды, повышение их активности означает, что для выработки того же самого количества энергии придется потратить меньше этого дорогостоящего металла.

Существенному приросту в эффективности новые топливные элементы обязаны нанесению на поверхность материала заранее продуманного рельефа. Вместо того, чтобы оставить электрод гладким, на его поверхность создают крошечные выступы-"ступеньки»; это, как показали эксперименты, позволило увеличить выработку электрического тока примерно в два раза. Исследователи полагают, что дальнейшая разработка электродов со сложной структурой поверхности позволит увеличивать активность элемента еще больше, производя больше электроэнергии при тех же затратах платины.

«Одна из целей нашего исследования — разработка активных и стабильных катализаторов», — говорит Шао-Хорн, и, по её словам, эта новая разработка является значительным шагом к «пониманию того, как поверхностная атомная структура может повысить активность катализатора» в топливных элементах на метаноле.

В экспериментах ученые использовали наночастицы платины, размещенные на поверхности углеродных нанотрубок. До этого многие ученые экспериментировали с использованием платиновых наночастиц в топливных элементах, но результаты были очень противоречивыми — одни ученые с уменьшением размера частиц наблюдали увеличение активности, другие — ее увеличение.

Новое исследование показало, что ключевым фактором являются не размеры частиц, а структура поверхности. «Мы размещали на поверхности разное число рельефных ступенек из наночастиц и отслеживали, как меняется активность катализатора при изменении числа ступенек», — говорит Шао-Хорн. Создав поверхность с множеством ступенек, группе удалось добиться удвоенной активности электрода, и ведущиеся в этом направлении работы могут позволить увеличить ее еще больше — теоретически вплоть до десятков и сотен раз.

«Информнаука», http://www.informnauka.ru/, The Journal of the American Chemical Society

Добавить комментарий
В избранное