Ученые из Коми нашли новый способ соединять нанотрубки
Проект объединил специалистов из Санкт-Петербургского государственного университета, Омских технического университета и научного центра, Коми научного центра. Вместе они разработали метод соединения многостенных углеродных нанотрубок с титановой подложкой.
О работе ученых сообщает портал «Научная Россия». Одностенные нанотрубки — это протяженные цилиндрические структуры диаметром от одного до нескольких десятков нанометров. Они обладают высокой электропроводностью, механической прочностью и химической стабильностью. Многостенные состоят из вложенных друг в друга одностенных.
Материалы можно применять в машиностроении для увеличения прочности и износостойкости кузовных элементов и шин, а в микроэлектронике — для создания сверхэффективных устройств нового поколения.
Сейчас особое внимание уделяется разработке высокоэффективных суперконденсаторов (устройство, которое за короткое время может накопить и отдать заряд энергии) на основе новых композитных электродных материалов. Они должны обладать повышенной мощностью, длительным сроком службы и высокой скоростью заряда-разряда, поясняется в публикации.
Одна из проблем при практическом применении таких материалов — слабое сцепление нанотрубок с токосъемной подложкой. Сейчас ее решают добавлением полимерных связующих (биндеров) во время приготовления самого электрода. Это могут быть поливинилиденфторид, карбоксиметилцеллюлоза, бутадиен-стирольный латекс и другие материалы. Однако биндеры снижают электропроводимость, а также влияют на пористую структуру получаемого материала.
Коллектив ученых предложил новый подход, который позволяет повысить сцепление многостенных нанотрубок к поверхности металлической (титановой) подложки. Способ предполагает изменение интерфейса на границе «слой нанотрубок — подложка» за счет использования непрерывного пучка ионов гелия. Исследования физиков показали, что наилучший результат достигается после 20 минут облучения: в этом случае сцепление улучшается на 57% по сравнению с исходной системой.
Предложенный исследователями подход позволяет обойтись без полимерных связующих (биндеров) с сохранением развитой поверхности исходного материала на поверхности титановой подложки. Технология может быть применима не только при создании суперконденсаторов, но и для литий-ионных аккумуляторов, сделали вывод ученые.
Нанотрубки, а конкретно титановые, в Коми изучает Институт геологии. Но направление работы там другое: получение нанотрубок напрямую из титановой руды, минуя стадию получения химически чистого оксида титана. Это позволяет значительно сэкономить время получения, снизить энергозатраты.
БНК