Новости космоса и технологий. » Нанотехнологии » Гигантское электрохимическое срабатывание в нанопористом гибридном кремний-полипиррольном материале

Гигантское электрохимическое срабатывание в нанопористом гибридном кремний-полипиррольном материале

Опубликовал: Admin, 9-10-2020, 01:01, Нанотехнологии, 38, 0

Гигантское электрохимическое срабатывание в нанопористом гибридном кремний-полипиррольном материале

Отсутствие пьезоэлектричества в кремнии может привести к прямым электромеханическим применениям основного полупроводникового материала. Интегрированное электрическое управление кремниевой механикой может открыть новые перспективы для приводов на кристалле. В новом отчете Мануэль Бринкер и группа исследователей в области физики, материалов, микроскопии и гибридных наноструктур из Германии объединили нанопористость в масштабе пластины в монокристаллическом кремнии для синтеза композита, демонстрирующего макроскопическое электродеформацию в водных электролитах. Связь напряжения и деформации была на три порядка больше, чем у керамики с лучшими характеристиками. Brinker et al. проследили электрическое срабатывание до согласованного действия 100 миллиардов нанопор на квадратный сантиметр в поперечном сечении и получили исключительно малые рабочие напряжения (от 04 до 09 вольт) наряду с устойчивыми и биосовместимыми основными материалами для биогибридных материалов с многообещающими применениями в биоактуаторах. Работа опубликована Успехи науки .

Разработка полимеров со встроенным электрохимическим возбуждением

Электрохимические изменения, происходящие при окислении проводящего полимера полипиррол (PPy) может увеличивать или уменьшать количество делокализованных изменений в полимерном каркасе . При погружении в электролит материал сопровождается обратимым захватом или вытеснением противоионов с макроскопическим сжатием, а также набуханием под контролем электрического потенциала, что делает PPy одним из наиболее распространенных материалов для развития искусственные мышечные материалы . В этой работе Brinker et al. соединил полимер исполнительного механизма с трехмерной (3-D) структурой каркаса из нанопористого кремния, чтобы разработать материал для встроенного электрохимического срабатывания. Новая конструкция содержала несколько легких и обильных элементарных компонентов, включая водород (H), углерод (C), азот (N), кислород (O), кремний (Si) и хлор (Cl).

В ходе эксперимента команда подготовила файл пористый кремний (pSi) мембрана с использованием процесса электрохимического травления легированного кремния в плавиковой кислоте. Полученные поры были прямыми и перпендикулярными на поверхности кремния. Использование растровая электронная микроскопия профили, Brinker et al. наблюдали однородную толщину образца. Затем они заполнили мембрану из пористого кремния (pSi) полипирролом (PPy) через электрополимеризация пиррольных мономеров. Зарождение полимера и частичное окисление pSi увеличивают потенциал разомкнутой цепи, что приводит к постоянному осаждению PPy внутри пор. Сильно асимметричные поры образуют цепочечный рост полимера, ингибирующий разветвление полимера и приводящий к меньшее электрическое сопротивление . Команда наблюдала за полученной композицией, используя Просвечивающие электронные микрофотографии (ТЕА) с энергодисперсионный рентген (EDX) спектроскопические сигналы, указывающие на однородное заполнение PPy произвольной сотовой структуры pSi.


Характеристика гибридного материала

Чтобы охарактеризовать функцию полученного гибридного материала, Brinker et al. выполнено дилатометрические измерения ; термоаналитический метод измерения усадки или расширения материалов в электрохимической установке in situ. Они погрузили образец в хлорную кислоту и расположили его так, чтобы поры были направлены в горизонтальном направлении. Затем команда поместила кварцевый зонд дилатометра поверх образца, чтобы измерить его длину, после чего они установили образец в контакте с хлорной кислотой для проведения электрохимическое срабатывание эксперименты. Brinker et al. измерили электрохимические характеристики гибридной системы до и во время дилатометрических измерений, записав циклические вольтамперограммы (CVs) в диапазоне потенциалов от 04 В до 09 В. Мембрана pSi-PPy проявляла емкостную зарядную характеристику для PPy, где ток быстро приближался к постоянному значению. Они не подавали более высокое напряжение, предотвращая чрезмерное окисление или частичное разрушение полимера. Исследовательская группа записала изменение длины образца для детальной характеристики электрохимического срабатывания при записи CV (циклических вольтамперограмм).

Улучшен функционал биогибридной системы

Внутреннее механическое давление набухания в системе водный электролит /PPy (полипиррол) способствовало перемещению противоионов в поровое пространство из-за электрического потенциала, приложенного ко всей пористой среде. В отличие от пьезоэлектрические материалы , потенциал, примененный в этой работе для получения исключительного срабатывания с использованием биосовместимых гибридных материалов, был значительно ниже, что свидетельствует об улучшении функциональности гибридной системы. Таким образом, Мануэль Бринкер и его коллеги интегрировали большое электрохимическое срабатывание в основной полупроводник наряду с функциональной интеграцией пористого кремния (pSi), чтобы установить универсальные и устойчивые пути для электрохимический накопитель энергии и другие применения в водных электролитических средах. Эта работа расширена на предыдущие подходы Однако при объединении материалов классических пьезоэлектрических приводов, в отличие от высокопроизводительной пьезокерамики, команда не использовала для функциональности тяжелые металлы, такие как свинец (Pb). Материалы, используемые в этой работе, являются биосовместимыми и биоразлагаемыми, наряду с исключительно малыми функциональными напряжениями, подходящими для биомедицинских функций приведения в действие. С точки зрения материаловедения, исследование показало, как самоорганизованная пористость в твердых телах может быть функционализирована для создания прочных трехмерных механических материалов для интеграции нанокомпозитов в устройства макроуровня.


Источник


У данной публикации еще нет комментариев. Хотите начать обсуждение?

Написать комментарий
Имя:*
E-Mail:
Введите код: *
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив


Поиск по сайту
Полезные ссылки
Оцените работу сайта

TEHNONEWS

Новости космоса технологий нанотехнологий физики и химии