30 במרץ 2023 (
חדשות Nanowerk) צוות בינלאומי של חוקרים, בראשות אוניברסיטת דרקסל, מצא כי ציפוי דק של
MXene - סוג של ננו-חומר דו-ממדי שהתגלה ונלמד בדרקסל במשך יותר מעשור - יכול לשפר את יכולת החומר ללכוד או להשיל חום. התגלית, שקשורה ליכולת של MXene לווסת את מעבר קרינת האינפרא אדום הסביבתית, עשויה להוביל להתקדמות בלבוש תרמי, גופי חימום וחומרים חדשים לחימום וקירור קרינתי.
הקבוצה, כולל חוקרי מדעי החומרים ואלקטרוניקה אופטו מדרקסל ומדעני חישוב מאוניברסיטת פנסילבניה, פירסמה לאחרונה את התגלית שלה על יכולות החימום והקירור הקרינה הקשורות ל-MXene במאמר בכתב העת Elsevier
חומרים היום (
“Versatility of infrared properties of MXene”).
"מחקר זה חושף פן נוסף של הרבגוניות של חומרי MXene", אמר יורי גוגוצי, דוקטורט, אוניברסיטה מכובדת ופרופסור יו"ר באך במכללה להנדסה של דרקסל, שהיה מוביל המחקר. "ציפויי MXene בעלי יכולות יוצאות דופן להכיל או לפלוט קרינת אינפרא אדומה, בעוד שהם נשארים דקים במיוחד - פי 200-300 יותר דקים משערת אדם - קלים וגמישים, יכולים למצוא יישומים הן בניהול תרמי מקומי והן במערכות חימום וקירור קרינתי בקנה מידה גדול. ישנם יתרונות משמעותיים עם חימום וקירור אינפרא אדום פסיביים מאשר אלה אקטיביים מסורתיים, הדורשים כוח חשמלי כדי לתפקד".
MXenes הם משפחה של ננו-חומרים דו-ממדיים שהתגלו במקור על ידי חוקרי דרקסל ב-2011, שבגלל הרכבם והמבנה הדו-ממדי שלהם - הוכחו בהדרגה כיוצאי דופן בהולכת חשמל, אחסון אנרגיה חשמלית, סינון תרכובות כימיות וחסימת קרינה אלקטרומגנטית. , בין יתר היכולות. במהלך השנים, מדעני חומרים ייצרו וחקרו בהרחבה MXenes עם הרכבים כימיים שונים, והביאו לגילוי של יישומים רבים.
במאמר האחרון שלהם, הצוות מדד את היכולת של 10 קומפוזיציות MXene שונות לעזור או לעכב מעבר של קרינה אינפרא אדומה - מדד שנקרא "פליטה" - המתאם ליכולת שלהם ללכוד או לפזר חום סביבתי באופן פסיבי.
"ידענו ממחקרים קודמים ש-MXenes מסוגלים יותר מלהחזיר או לספוג גלי רדיו וקרינת מיקרוגל, כך שההסתכלות על האינטראקציה שלהם עם קרינת אינפרא אדומה, בעלת אורך גל קצר בהרבה, הייתה השלב הבא", אמר דנז'ן ז'אנג, שותף -חוקר דוקטורט במעבדה של גוגוצי ושותף למחבר המאמר. "היתרון של היכולת לשלוט במעבר של קרינת אינפרא אדום הוא שאנחנו יכולים להשתמש בסוג זה של קרינה לחימום פסיבי - אם נוכל להכיל אותה - או קירור פסיבי - אם אנחנו יכולים לפזר אותה. ה-MXenes שבדקנו הראו שהם יכולים לעשות את שניהם, בהתאם להרכב היסודות שלהם ולמספר השכבות האטומיות".
בהשוואה לחומרי הקירור הפאסיביים הקיימים בשוק כיום, המאפשרים לקרינה האינפרא-אדום התרמית מהגוף - חום הגוף - לברוח דרך הרכב הטקסטיל הקל והנקבובי שלו, טקסטיל מצופה MXene יכול לעשות אפילו טוב יותר, לדברי טטיאנה הריהורצ'וק, חוקר דוקטורט במעבדה של גוגוצי, ומחבר שותף למחקר, מכיוון שלטקסטיל המצופה הללו יש יכולת נוספת לשקף קרינת אינפרא אדומה חיצונית, להימנע מחימום מאור השמש, ובמקביל לאפשר לקרינת האינפרה האדומה, הנפלטת מהגוף, לעבור.
החוקרים גילו שניוביום קרביד MXenes יכול לפזר חום ביעילות בעוד טיטניום קרביד הפגין מיגון חום יוצא דופן, כשהטמפרטורה שלו עלתה רק ל-43 מעלות צלזיוס לאחר שחומם במשך חמש דקות על משטח חימום של 110 מעלות.
"פליטה גבוהה כמו בניוביום קרביד אפשרית גם בחומרים דיאלקטריים", אמר גוגוצי. "עם זאת, MXenes משלבים את היכולת הזו עם מוליכות חשמלית, מה שאומר ש-MXenes אלה יכולים לשמש גם כאלמנטים חימום חשמליים אקטיביים עם אספקת חשמל חיצוני."
נמצא כי ציפוי של טיטניום קרביד MXene מחזק חומרים מפני חדירת קרינה אינפרא אדומה ופליטתן. בבדיקה, החומרים המצופים ב-MXene, אפילו עם ציפוי דק, הניבו ביצועים טובים יותר בהגנה על קרינת אינפרא אדום מאשר מתכות מלוטשות, שהן כיום החומרים המסחריים בעלי הביצועים הטובים ביותר. משמעות הדבר היא שניתן לשלב MXenes בבגדים קלים השומרים על חום הלובש בסביבות קיצוניות.
כדי לבדוק זאת, הצוות צבע חולצת כותנה בתמיסת טיטניום קרביד MXene והשתמש במצלמה תרמית אינפרא אדום כדי לנטר את הטמפרטורה של אדם שלובש אותה. התוצאות הראו שהחולצה המצופה MXene שמרה על הלובש שלה בכ-10-15 מעלות צלזיוס - בערך טמפרטורת החדר - מאשר אדם שלובש חולצת טי רגילה.
תוצאות אלו מצביעות על כך שבגדים בציפוי MXene יעילים בשמירה על טמפרטורת הגוף, תוך שהם מציעים את היתרון של יישום באמצעות תהליך ציפוי טבילה קל יחסית ממה שרוב הבגדים התרמיים דורשים.
"בגדים תרמיים מסחריים משתמשים בסיבים פולימרים דקים מאוד עם מוליכות תרמית נמוכה - צמר, למשל", אמר לינגי בי, חוקר דוקטורט במעבדה של Gogotsi, עם מומחיות בטקסטיל. "הם מחממים אותנו על ידי מזעור העברת החום דרך הבד, כדי לעשות זאת בצורה יעילה הם חייבים להיות עבים מאוד. אבל MXene בעיקר שומר אותנו חמים על ידי מניעת בריחת חום הגוף כקרינה אינפרא אדומה. לכן, ציפוי MXene דק יותר ממשי יכול לספק חימום יעיל. זה אותו עיקרון שמשמש בשמיכות תרמיות של מיילר שאצל רצים מקבלים אחרי מירוץ במזג אוויר קר".
Gogotsi מציע שניתן להשתמש ביכולת חסימת ה-IR גם כדי להסוות אנשים וציוד ממכשירי זיהוי תרמיים, או לשדר מידע סמוי באמצעות קודי זיהוי בתדרי רדיו הנראים רק לקוראי אינפרא אדום.
- הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
- Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. ידע מוגבר. גישה כאן.
- מקור: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62714.php
