Максен MXene, открытый группой ученых из Университета Дрекселя под руководством профессора Юрия Гогоци, - новое имя среди двумерных наноматериалов

Rus На русском Eng In English

На данный момент синтезированы и изучены более двадцати максенов (MXenes) - двумерных карбидов, нитридов и карбонитридов переходных металлов, и еще ожидается, что десятки их будут синтезированы. Применение высоко электропроводящих максенов является очень перспективным для хранения энергии, экранирования и защиты от электромагнитных помех, электрокатализа, плазмоники и многих других приложений

Прошло чуть более пяти лет с тех пор как исследователи из Университета Дрекселя (США) сообщили об открытии нового двухмерного материала под названием максен (англ. MXene), состоящего из атомов титана и углерода. В настоящее время максен является основным направлением научных исследований в десятках университетов и научно-исследовательских институтов-партнеров из стран, охватывающих все континенты, кроме Антарктиды.

Ученые во всем мире исследуют свойства максина для различных применений. Только в США и Китае в ииследование максенов вовлечены более 60 исследовательских институтов и университетов, среди которых Окриджская национальная лаборатория Министерства энергетики США, Колумбийский Университет, Северо-Западный университет, США, Университет штата Нью-Йорк в Стоуни-Брук, Пенсильванский университет, Университет штата Пенсильвания, Университет Райса, Йельский университет, Стэнфордский университет, Университет Небраски-Линкольна, Техасский университет A&M, Калифорнийский университет в Дейвисе, Университет Миссури, Пекинский Университет, Чжэцзянский университет, Яньшаньский Университет, Университет Ланьчжоу, Бэйханский университет, Китайска Академия Наук, Городской университет Гонконга, и Университет науки и технологий в Шанкси.
Подтверждением этого можно считать появление максенов на обложке последнего февральского номера одного из самых авторитетных научных журналов – Nature Review Materials (Volume 2 Issue 2, February 2017).Максин на обложке Nature Reviews Materials

максен появился как раз в тот момент, когда в научном мире разгорелись дискуссии вокруг идеи, что материалы, толщиной в несколько атомов, могут стать ключом к построению нового поколения электроники малых размеров с более высокой скоростью работы; улучшению устройств накопления энергии; также считается, что эти материалы могут обеспечить впечатляющую долговечность разным изделиям от теннисных ракеток до военной техники и даже помочь в восстановлении поврежденных нейронов. Интерес к двумерным материалам и исследовательский ажиотаж вокруг них возник после открытия удивительных свойств двумерного графита, получившего название графен, а ученые из Университета Манчестера, которые первые о нем сообщили, даже получили Нобелевскую премию.

Первоначальный ажиотаж вокруг графена как очередного "чудо-материала" с "очень привлекательными свойствами", что поставил его в одну категорию с такими материалами как алюминий, сталь и пластмасса, в последние годы немного угас, так как графену до сих пор не нашли значительного реального практического применения, несмотря на огромные инвестиции в исследования, которые привели к более чем 60000 работ, опубликованных об этом с 2004 года.

максен является одним из современников графена, который в настоящее время изучается для тех же многих целей, что и графен, но демонстрирует уже более высокую производительность в некоторых из них.

По словам одного из авторов статьи в Nature Review Materials проф. Бабака Анасори из Института Наноматериалов Университета Дрекселя, США, максены являются достойным предметом исследования, потому что их очень много, и они уже показали уникальные свойства, опережая другие материалы в нескольких приложениях.

“MXene показывает огромный потенциал для использования в устройствах хранения энергии» - рассказывает доктор Юрий Гогоци, заслуженный профессор Университета Дрекселя и директор Института Наноматериалов, который возглавлял исследования по проекту, что привел к открытию этого уникального 2D материала.

Команда Юрия Гогоци опубликовала множество работ о способности материала захватывать и отдавать электроэнергию с исключительно высокой скоростью без ухудшений. B это только одна из областей, где MXene имеет явное превосходство над своим предшественником, потому что его проводящие свойства можно контролировать и даже, как оказалось, перестраивать. В то время как графен показывает непревзойденную электропроводность, очень сложно контролировать обильный поток тока через него - что просто необходимо для любого материала, который используется в электронных устройствах.

Исследователи из Института Наноматериалов Университета Дрекселя изучали максины на протяжении боле половины десятилетия. Слева направо: Алексей Гогоци, директора Центра Материаловедения (Украина), Габриэл Скалл, Бабак Анасори, Мухаммед Альхабиб и профессор Юрий Гогоци.

Исследования, проводимые группой из Университета Дрекселя под руководством профессора Гогоци также предполагают, что максен превзошел впечатляющую проводимость графена, в случае, когда оба эти материала масштабируются до формы тонкой бумаги, которая будет использоваться в электродах батарей. С другой стороны, максен в самой тонкой форме, которая является прозрачной, также демонстрирует проводимость, превосходящую графеновое покрытие. На данный момент исследователи изучают возможность использования пленок максена для технологии сенсорного экрана и прозрачных устройств хранения энергии.

Исследователи из лаборатории профессора Гогоци испытывали максен также для использования в качестве своего рода химического "фильтра". Их эксперименты были сосредоточены на способности максена улавливать одни молекулы и ионы в его атомную структуру, в то же время беспрепятственно пропуская другие. Это свойство может быть полезным для улавливания токсинов из организма, а также из нашей питьевой воды.

Наслаивание других элементов или соединений между листами максена также дает обнадеживающие результаты, когда речь идет о повышении долговечности (прочности) материала. Вставка полимера создает вариант материала, который может быть использован для гибких электродов в области хранения энергии и носимых технологий.

Совсем недавно группа опубликовала статью, в которой речь идет о способности максена блокировать электромагнитное излучение. Открытие того, что максен MXene может отражать электромагнитные помехи от наших вездесущих мобильных устройств, звучит многообещающе, поскольку тонкий слой максена (в 10 раз тоньше, чем лист бумаги) является чрезвычайно эффективным в качестве распыленного покрытия, что можно применить к отдельным компонентам внутри устройства.

Одна из наиболее перспективных новых разработок с максином показывает, что тонкое покрытие из него может быть использовано для электромагнитного экранирования в мобильных устройствах.

Одним из наиболее интригующих аспектов в стремлении к пониманию того, как этот материал может быть использован, является тот факт, что максен может быть скомбинирован из довольно различных атомов. Исследователи из Дрекселя также  определили, что в виде стабильных материалов еще могут быть получены более 100 максенов с разными составляющими компонентами. В этом и заключается исследовательская задача, которую ставят ученые в статье из Nature Materials Review. На сегодняшний день исследователи синтезировали и изучили около двух десятков различных максенов, начав работу с составами на основе титана и углерода, постепенно продвигаясь к получению разных соединений ранних переходных металлов группы титана с углеродом и азотом, получая в  результате разные максены с уникальными свойствами.

Исследователи предполагают, что появление и изучение новых максенов приближает их к пониманию динамики ионов между слоями максена, что имеет ключевое значение для их применения в разработках новых видов батарей. Очень больших усилий требует создание максенов с однотипными окончаниями, чтоб таким образом они могли быть адаптированы для конкретных применений в электронике - грубо говоря, необходимо убедиться, что каждая форма и размер блока лего имеет одинаковые круглые соединители, чтобы они были совместимы с остальными деталями из набора.

Как и в случае с графеном, по большому счету, именно стоимость производства материала определяет, имеет ли в действительности смысл двигаться вперед в его исследованиях. Профессор Мишель Барсум, который занимался максенами вместе с профессором Юрием Гогоци, и чьи исследования направлены на синтез их химического прекурсора - максфаз (MAX-phases), недавно опубликовал статью, в которой описал недорогой метод их получения, что может значительно снизить стоимость максенов по сравнению со стоимостью графена. По словам профессора Юрия Гогоци, каждая из этих проблем является важным препятствием, которые максену необходимо преодолеть на пути к тому, чтобы стать коммерчески жизнеспособным. И его команда уже добилась многообещающих успехов в расширении производственного процесса изготовления максена при одновременном улучшении контроля его качества.

В то время как большинство наноматериалов доступны только в «нано» количествах, лаборатория Юрия Гогоци уже может получать до 100 г максена за один синтез, используя реактор,  который разработала и изготовила в Украине компания Центр Материаловедения (Materials Research Centre). Это говорит о том, что одно из самых больших препятствий ученые уже преодолели, и при увеличении научно-исследовательских усилий, максен вскоре может стать именем в технологиии.В то время как большинство наноматериалов доступны только в «нано» количествах, лаборатория Юрия Гогоци уже может получать до 100 г максина за один синтез, используя реактор,  который разработала и изготовила Украине компания Центр Материаловедения (Materials Research Centre).

"Тот факт, что максены могут производиться в 100-граммовых количествах в лабораторных условиях является прорывом, который четко показывает, что их практическое применение реально," говорит профессор Гогоци.

С 2011 года команда Юрия Гогоци получила чуть более одного миллиона долларов на свои исследования максенов от спонсоров, которые включают Департамент энергетики США, Национальную лабораторию Ок-Ридж (США) и Научно-технологический университет имени короля Абдаллы в Саудовской Аравии. Для того, чтобы обеспечить коммерческую рентабельность, когда придет время, Дрексель проделал большую работу по защите интеллектуальной собственности, связанной с максенами, которая охватывает составы материала, приложения и методы получения.

По словам доктора Элизабет Попперт, менеджера по вопросам лицензирования в офисе по коммерциализации технологий в Университете Дрекселя, который занимается вопросами интеллектуальной собственности максена, его портфель в настоящее время включает в себя три полученных патента, которые охватывают широкий спектр претензий и 10 дополнительных ожидающих заявок на международные и американские патенты.

По материалам: https://newsblog.drexel.edu

ПОХОЖИЕ СТАТЬИ О максенАХ:

Защитное покрытие из наноматериала максена MXene для отражения и поглощения электромагнитных помех

Максен это тонкий и легкий наноматериал, который обладает уникальной способностью блокировать и поглощать электромагнитное излучение, что делает его идеальным для использования в качестве защитного механизма в электроникеГруппа исследователей из Университета Дрекселя и Корейского института науки и технологий работает над очисткой от таких электромагнитных помех с помощью нанесения на компоненты тонкой защитной пленки наноматериала под названием максен.

 

НОВОСТИ НАУКИ И НАНОТЕХНОЛОГИИ

ADVANCED SCIENCE NEWS: Профессор Юрий Гогоци считает, что величайшим последним шагом в области материаловедения стало открытие новых 2D материалов, так называемых «строительных блоков будущего».

yurigogotsi_drexel_university_2018.jpg - 466.16 Kb

Юрий Гогоци прирожденный  химик, его волнуют научные открытия и он даже не представляет, что мог бы заниматься чем- то иным.

Профессор Юрий Гогоци считает, что величайшим последним шагом в области материаловедения стало открытие новых 2D материалов, так называемых «строительных блоков будущего». Он с большим энтузиазмом относится к использованию нанотехнологий для создания «новых искусственных материалов, конструкций и устройств из наноразмерных строительных блоков» и к более широкому применению «симуляций, моделирования и компьютерных расчетов для решения проблем материаловедения», хотя и признает обеспокоенность по поводу неизвестных эффектов, которые искусственный интеллект окажет на нашу будущую жизнь. 

 
Участники проекта NANO2DAY из Materials Research Centre (MRC), Киев, Украина, в рамках международного научного сотрудничества по программе Горизонт 2020 посетили партнерскую организацию Университет Дрекселя, Филадельфия, США, сентябрь-октябрь 2018 г.

alt

Участники проекта от MRC работают в тесном сотрудничестве с исследователями из Университета Дрекселя, перенимают опыт в синтезе двумерных наноматериалов максенов (MXene), знакомятся и изучают последние разработки коллег из группы Института Наноматериалов Университета Дрекселя под руководством профессора Юрия Гогоци по синтезу максенов, их обработке и применениям для разных назначений. Участниками  от MRC совместно с  исследователями из Дрекселя в химической лаборатории Университета Дрекселя были синтезированы максены  для нужд проекта NANO2DAY. 

 
Директор Materials Research Centre Алексей Гогоци во время рабочей поездки в Университет Дрекселя по по проекту NANO2DAY выступил на семинаре с презентацией компании Materials Research Centre

altДиректор Materials Research Centre (Киев, Украина) Алексей Гогоци  во время рабочей поездки по по проекту  европейской программы HORIZON 2020 MSCA RISE Project №777810 NANO2DAY в Университет Дрекселя выступил на семинаре с презентацией компании Materials Research Centre, ее деятельности и участии в международных научно-исследовательских проектах, и в частности проекта NANO2DAY.

 
Директор Materials Research Centre, Киев, Украина, встретился с профессором Zdenek Sofer из University of Chemistry and Technology, Прага, Чехия, и посетил его семинар по 2d наноматериалам, Университет Дрекселя, США, 18 октября 2018 г.

altВо время рабочей поездки в Университет Дрекселя по международномунаучно-исследовательскому проекту NANO2DAY в рамках европейской научной программы HORIZONT 2020 директор Materials Research Centre, Киев, Украина, встретился с профессором Zdenek Sofer  из Высшей школы химической технологии,  Прага, Чехия, и посетил его семинар по наноматериалам. Професоор Zdenek Sofer выступил с интересным докладом посвященным разным двумерным материалам помимо графена. 

 

 
Визит по проекту NANO2DAY ученого-исследователя Максима Плахотнюка из Датского Технического Университета в Центр Материаловедения, Киев, Украина, в сентябре-ноябре 2018 г.

NANO2DAY project Maksym Plakhotnyuk, DTU visited MRC, November 2018Ученый-исследователь Максим Плахотнюк из исследовательской группы Technical University of Denmark (DTU), возглавляемой проф. Леоном Мишнаевским (prof. Leon Mishnaevsky, Technical University of Denmark), посетил Materials Research Centre, Киев, Украина, на протяжении сентября-ноября 2018 года по программе Горизонт-2020 в рамках проекта MSCA RISE NANO2DAY.

 
Поздравляем профессора Юрия Гогоци с вручением Ордена Дружбы от Китайского правительства, 29 сентября 2018

altНаграду профессору Юрию Гогоци вручал Вице-премьер министр Китая Лю Хе. Орден Дружбы - высшая государственная награда Китайской Народной Республики для иностранных граждан. Орден Дружбы - самая высокая награда Китая для иностранных экспертов, которые внесли выдающийся вклад в экономическое и социальное развитие страны.

 
15-я Ежегодная встреча Ялтинской Европейской Стратегии (YES) «Будущее поколение всего» состоялась в Киеве 13-15 сентября 2018

alt15-я Ежегодная встреча Ялтинской Европейской Стратегии (YES) «Будущее поколение всего» состоялась в Киеве 13-15 сентября 2018. В этой конференции, организованной международным форумом YES приняли участие ведущие политики, дипломаты, бизнесмены, общественные деятели и эксперты из 28 стран.

 
Поздравляем профессора Юрия Гогоци, который по версии Clarivate Analytics стал одним из самых влиятельных ученых в области физики в 2018 году!

Professor Yury GogotsiУченый украинского происхождения Юрий Гогоци, заслуженный профессор Университета Дрекселя, (Филадельфия, США) был назван известным рейтинговым агенством Clarivate Analytics одним из самых влиятельных ученых мирового класса по количеству цитирований его публикаций.

 
NAP 2018: Восьмая Международная конференция "Наноматериалы: применение и свойства", Затока, Украина, 9-14 сентября 2018,

2018 IEEE International Conference on “Nanomaterials Applications & Properties”

С 9 по 14 сентября на берегу Черного моря в пгт Затока (Одесская область) прошла уже традиционная 8-я Международная конференция «Наноматериалы: применение и свойства» (2018 IEEE International Conference on Nanomaterials: Applications & Properties) 

 
Участники проекта NANO2DAY из Materials Research Centre (MRC), Киев, Украина, в рамках международного научного сотрудничества посетили партнерскую организацию Институт Полимеров Словацкой Академии Наук, Братислава, Словакия, июль-сентябрь 2018

alt

Участники проекта NANO2DAY из Materials Research Centre (MRC), Киев, Украина, директор и руководитель проекта от MRC Алексей Гогоци и  Вероника Загородная в рамках международного научного сотрудничества посетили партнерскую организацию Институт Полимеров Словацкой Академии Наук, Братислава, Словакия, в соответствии с планом коммандировок по проекту.

Участники проекта от MRC работают в тесном сотрудничестве с исследователями из Института Полимеров, делятся своим опытом в синтезе двумерных наноматериалов (MXene), знакомятся и изучают последние разработки коллег  по полимерам и композиционным материалам.

 
Рабочая поездка по проекту NANO2DAY проф. Марии Омастовой в Центр Материаловедения, Киев, Украина, июль-август 2018

PrПрофессор Мария Омастова, Институт Полимеров Словацкой Академии Наук, Братислава, и директор Центра Материаловедения Алексей Гогоци, июль-август 2018Профессор Мария Омастова из Института полимеров Словацкой академии наук, Братислава, Словакия, посетила  Materials Research Centre, Киев, Украина, на протяжении июля-августа 2018 года по программе Горизонт-2020 в рамках проекта MSCA RISE NANO2DAY.

 
Первая международная конференция по максенам MXenes, Цзилиньский Университет, Чанчунь, Китай, 24-26 мая 2018

MXene conference 2018Встреча является первой международной конференцией, посвященной двумерным материалам максинам MXene, которая должна помочь ученым в изучении двумерных материалов и энергии взаимодействовать, а также обсуждать достижения и проблемы в различных областях.

 
6-я Международная конференция «Новые функциональные углеродные наноматериалы» на Восьмом форуме по новым материалам (CIMTEC 2018) в Перудже, Италия, 11-14 июня 2018

Фото Yury Gogotsi.6-я Международная конференция «Новые функциональные углеродные наноматериалы» в рамках 8-го Форума по новым материалам на CIMTEC 2018, проведенного в Перудже, Италия, посвящена недавним достижениям и задачам в области синтеза, структурного контроля и моделирования на мезо- и наномасштабах разнообразия малоразмерных аллотропов углерода, включая наноалмазы, алмазоподобный углерод, фуллерены, нанотрубки, графен и графеновые структуры, а также углеродные сети с высокой площадью поверхности, которые являются перспективными для ряда новых применений в области преобразования и хранения энергии, очистки воды, высокоскоростной наноэлектроники, оптоэлектроники, фотоники, квантовой обработки данных, квантовых вычислений, биоизмерения, доставки лекарств, медицинской визуализация, теплового управления, катализа, смазок и т. д.

 
Вручение диплома Почетного доктора КПИ им. Игоря Сикорского профессору Юрию Георгиевичу Гогоци

Юрию Гогоци было присвоено звание Почетного доктора КПИ, 14  мая 2018 г.Поздравляем профессора Юрия Гогоци с получением звания Почетного доктора Национального технического университета Украины" Киевский политехнический институт имени Игоря Сикорского ,14 мая 2018!

 
H2020-MSCA-RISE проект NANO2DAY, встреча участников проекта в Латвийском университете, 10-11 мая 2018 г.

altПроект H2020-MSCA-RISE NANO2DAY «Многофункциональные полимерные композиты, допированные новыми двумерными наночастицами для продвинутых применений», начался 1 мая 2018 года ипродлится 4 года. Он направлен на разработку новых многофункциональных композитов с выдающимися электронными и механическими свойствами за счет включения новых нанолистов MXene в полимерные матрицы. 

 
«Нанобиофизика: фундаментальные и прикладные аспекты», специальная сессия посвященная европейскому проекту assymcurv в рамках программы Horizon 2020

ilt logoC 2 по 5 октября 2017 в Физико-техническом институте низких температур (ФТИНТ) имени Б.И. Веркина НАН Украины прошла пятая Международная конференция «Нанобиофизика: фундаментальные и прикладные аспекты», организаторами которой выступили ФТИНТ имени Б.И. Веркина НАН Украины и Институт физики НАН Украины.

 
Рецепт безопасных батарей - добавка из наноалмаза

Исследователи из Дрекселя сообщили, что добавление наноалмазов к раствору электролита в литиевых батареях может предотвратить образование дендритов, тензор-подобных отложений ионов, которые со временем могут расти внутри батареи и вызывать опасные сбои. (Фото предоставлено Университетом Дрекселя и Университетом Цинхуа).С целью предотвратить опасные неисправности лептопов исследователи из Университета Дрекселя разработали рецепт, который может превратить раствор электролита - ключевой компонент большинства батарей - в защиту от химического процесса, который приводит к поломкам, связанным с батареями.

 
Рабочая поездка в Цзилиньский университет и международное сотрудничество

Visit to Jilin University, Changchun, ChinaАлексей Гогоци, директор Materials Research Centre с рабочей поездкой посетил Цзилиньский Университетв Чанчуне, Китай. Он провел рабочую встречу с профессором Юрием Гогоци , заслуженным профессором Университета Дрекселя, США. и Цзилиьского университета, а также профессором Хан Вей , исполнительным заместителем директора международного сотруднического Центра Талантов в Международном центре наук будущегою Они обсудили текущие совместные исследовательские работы по современным материалам для суперконденсаторов и других применений.

 
20 июня 2017 года по решению академического совета директору Института Наноматериалов им. А. Дж. Дрекселя, профессору Юрию Гогоци было присвоено звание Почетного доктора Института проблем материаловедения им. Францевича Национальной академии наук Украины

На фото слева направо: замдиректора Рагуля А.В., Баглюк Г. А., Заворотный М.Г., профессор Юрий Гогоци, ученый секретарь Картузов В.В. и академик Фирстов С.А. 20 июня 2017 года по решению академического совета директору Института Наноматериалов им. А. Дж. Дрекселя, профессору Юрию Гогоци было присвоено звание Почетного доктора Института проблем материаловедения им. Францевича Национальной академии наук Украины..

 
Команда Materials Research Centre 14 февраля 2018 на базе Национального авиационного университета посетила Информационный тренинг «Как написать успешный пропосал для программы Горизонт 2020»

horizon2020 семінарКоманда Materials Research Centre 14 февраля 2018 на базе Национального авиационного университета посетила Информационный тренинг «Как написать успешный пропосал  для программы Горизонт 2020» в рамках информационного дня НАУ.