Ученые из России, Германии и Италии провели уникальное исследование новых видов максенов на основе карбида молибдена. По мнению исследователей, эти материалы смогут качественно улучшить сенсорные устройства электронного обоняния. Их можно будет интегрировать, например, в автономно работающие устройства типа роботов и смартфонов.
Максены ― это двумерные карбиды и нитриды переходных металлов. Новое семейство наноматериалов было открыто около десяти лет назад. Их толщина составляет всего несколько атомов, благодаря чему их можно использовать в качестве эффективных катализаторов и сенсоров различного назначения.
В России над проектом работали исследователи Физико-технического института Саратовского государственного технического университета (СГТУ) имени Гагарина Ю. А. под руководством профессора Виктора Сысоева. Ученые изучили хеморезистивные свойства двумерных материалов, состоящих из молибдена и углерода, а также с помощью коллег из Германии и Италии охарактеризовали их физические свойства, в том числе на источнике синхротронного излучения. Некоторые результаты были получены впервые, что позволило достоверно и в полном объеме объяснить свойства новых материалов.
«Предложенные материалы способны революционизировать многие области науки и техники, развить высокочувствительные и высокоселективные сенсорные устройства электронного обоняния, которые можно будет интегрировать с автономными приборами, включая роботы и смартфоны. Возможно, именно эти максены окажутся недостающим «винтиком» для будущих преобразователей информации об окружающей среде в цифровые коды для передачи на расстоянии, о чем уже давно мечтают не только инженеры, но и рядовые граждане. По крайней мере, предпосылки к этому есть», ― рассказал Виктор Сысоев.
Впервые ученые изучили влияние влажности и других аналитов из газовой фазы в широком диапазоне концентраций от десятков ppm (parts per million, частей на миллион) до долей процентов в смеси с атмосферным воздухом на электрические характеристики отмеченных новых максеновых структур. Теоретические исследования в рамках теории функционала плотности полностью подтвердили обнаруженные экспериментальные зависимости в отношении наблюдаемого хеморезистивного эффекта.
Работа стала существенным фундаментальным вкладом в дальнейшее развитие материаловедения двумерных кристаллов из группы максенов, а с практической точки зрения открыла перспективы построения новых газовых микросенсоров, в том числе микрогигрометров на основе материалов пониженной размерности, функционирующих при комнатной температуре.
Над научным проектом вместе с учеными СГТУ имени Гагарина Ю.А. работали исследователи из университета Дуйсбурга-Эссена (Дуйсбург, Германия), Саратовского национального исследовательского государственного университета имени Н.Г. Чернышевского, Национального исследовательского технологического университета «МИСиС», университета Тор Вергата (Рим, Италия), Института структуры вещества (Триест, Италия), компании «Брайтмайер» (Эттлинген, Германия).
Результаты исследования опубликованы в ведущем материаловедческом журнале Advanced Materials.