Слоистый материал, разработанный специалистами KAUST, может действовать как точный датчик температуры, используя тот же принцип, что и в биологических ионных каналах. Результаты исследования публикует ACS Nano.
Клетки человека обладают различными белками, которые действуют как каналы для заряженных ионов. В коже ионные каналы полагаются на тепло, чтобы управлять потоком частиц, который и генерирует электрические сигналы, которые человек использует для измерения температуры окружающей среды.
Вдохновленные этими биологическими сенсорами, исследователи KAUST подготовили соединение карбида титана (Ti3C2Tx), известное как MXene.
MXenes — это класс двумерных неорганических соединений. Эти материалы состоят из слоев толщиной в несколько атомов карбидов, нитридов или карбонитридов переходных металлов. Каждый слой покрыт отрицательно заряженными атомами, такими как кислород или фтор.
Эти группы действуют как разделители, разделяющие соседние нанолисты, позволяя молекулам воды проникать в межплоскостные каналы. Каналы между слоями MXene уже, чем один нанометр.
Исследователи использовали дифракцию рентгеновских лучей и сканирующую электронную микроскопию, чтобы изучить новое соединение, и обнаружили, что добавление воды к материалу немного расширяет каналы между слоями. Когда материал касался раствора хлорида калия, проходы были достаточно большими, чтобы позволить положительно заряженным ионам калия проходить через MXene, но блокировали прохождение отрицательных ионов хлора.
Команда ученых создала небольшое устройство, содержащее MXene, и выставила один конец на солнечный свет. MXenes особенно эффективны при поглощении солнечного света и преобразовании этой энергии в тепло. Возникающее в результате повышение температуры побудило молекулы воды и ионы калия протекать через наноканалы от более холодного конца к более теплому. Этот термоосмотический поток вызвал изменение напряжения, сравнимое с тем, которое наблюдается в биологических ионных каналах, чувствительных к температуре. В результате устройство может надежно определять изменения температуры менее чем на 1°С.
Читать также
На 3 день болезни большинство больных COVID-19 теряют обоняние и часто страдают насморком
Посмотрите на самые близкие снимки поверхности Солнца
Ледник «Судного дня» оказался опаснее, чем думали ученые. Рассказываем главное