الکتروشیمیایی فعال سازی غول پیکر در یک ماده ترکیبی سیلیکون – پلی پیرول نانو متخلخل

0

الکتروشیمیایی فعال سازی غول پیکر در یک ماده ترکیبی سیلیکون – پلی پیرول نانو متخلخل

الکتروشیمیایی فعال سازی غول پیکر در یک ماده ترکیبی سیلیکون – پلی پیرول نانو متخلخل عدم وجود پیزوالکتریسیته در سیلیکون می تواند منجر به کاربردهای مستقیم الکترومکانیکی جریان اصلی جریان نیمه هادی شود. کنترل الکتریکی یکپارچه مکانیک سیلیکون می تواند چشم اندازهای جدیدی را برای محرکهای روی تراشه باز کند. در یک گزارش جدید ، مانوئل برینکر و یک تیم تحقیقاتی در زمینه فیزیک ، مواد ، میکروسکوپ و نانوساختارهای ترکیبی در آلمان ، نانو تخلخل در مقیاس ویفر را در سیلیکون تک کریستالی ترکیب کردند تا کامپوزیتی را که نشان دهنده الکترواسترس ماکروسکوپی در الکترولیتهای آبی است ، ایجاد کند. جفت ولتاژ کرنش سه مرتبه بزرگتر از سرامیک با بهترین عملکرد بود. برینکر و همکاران تحریک الکتریکی را به عمل هماهنگ مقطع ۱۰۰ میلیارد نانوپور در هر سانتی متر مربع رسانده و ولتاژهای عملیاتی فوق العاده کوچک (۰٫۴ تا ۰) را بدست آورد. ۹ ولت) در کنار مواد پایه پایدار و زیست سازگار برای مواد بیوهیبرید با کاربردهای امیدوار کننده زیست محرک. این اثر اکنون درپیشرفتهای علمی .

در حال توسعه پلیمرها با تحریک الکتروشیمیایی تعبیه شده

دانشکده ها : تغییرات الکتروشیمیایی که در حین اکسیداسیون پلی پرولر پلیمر رسانا (PPy) رخ می دهد ، می تواند تعداد تغییرات محلی در ستون فقرات پلیمر را افزایش یا کاهش دهد . هنگام غوطه ور شدن در الکترولیت ، این ماده با جذب یا دفع ضد یون برگشت پذیر با انقباض ماکروسکوپی و همچنین تورم تحت کنترل پتانسیل الکتریکی همراه است تا PPy یکی از متداول ترین مواد برای تولید مواد عضلانی مصنوعی باشد.. در این کار ، برینکر و همکاران پلیمر محرک را با یک ساختار داربست سه بعدی (۳-D) سیلیکون نانو متخلخل ترکیب کرده تا ماده ای برای تحریک الکتروشیمیایی تعبیه شده طراحی کند. سازه جدید شامل چند عنصر سبک و فراوان از جمله هیدروژن (H) ، کربن (C) ، نیتروژن (N) ، اکسیژن (O) ، سیلیکون (Si) و کلر (Cl) است.

در طول آزمایش ، تیم غشا sil سیلیکون متخلخل (pSi) را با استفاده از یک فرآیند اچ الکتروشیمیایی سیلیکون دوپ شده در اسید هیدروفلوئوریک تهیه کردند. منافذ حاصله بر روی سطح سیلیکون مستقیم و عمود بودند. با استفاده از پروفایل میکروسکوپ الکترونی روبشی ، Brinker و همکاران. ضخامت نمونه همگن مشاهده شده است. سپس آنها غشای سیلیکون متخلخل (pSi) را از طریق الکتروپلیمر شدن مونومرهای پیرول با پلی پیرول (PPy) پر کردند . هسته پلیمر و اکسیداسیون جزئی pSi باعث افزایش پتانسیل مدار باز منجر به رسوب مداوم PPy در داخل منافذ می شود. منافذ کاملاً نامتقارن ، یک رشد پلیمری مانند زنجیره ای ایجاد کرده و از انشعاب پلیمر جلوگیری کرده و منجر به کاهش مقاومت الکتریکی می شود.. این تیم کامپوزیت حاصل را با استفاده از میکروگراف های الکترونی عبوری (TEM) با سیگنال های طیف سنج اشعه X پراکنده انرژی (EDX) مشاهده کردند تا پر شدن PPy همگن در ساختار لانه زنبوری تصادفی pSi را نشان دهد.

 

الکتروشیمیایی غول پیکر در یک ماده ترکیبی سیلیکون-پلی پیرول نانو متخلخل
خصوصیات ساختاری توسط ایزوترم جذب ، تصویر سلول پلیمریزاسیون و تصویر راه اندازی الکتریکی. (A) ایزوترم جذب نیتروژن در T = 77 K ثبت شده برای سیلیکون نانو متخلخل. رسم شده کسر پر کردن حجم f در برابر فشار بخار نسبی p / p0 است. این شاخه توزیع r شعاع منفذ را نشان می دهد. (B) سلول الکتروشیمیایی برای پلیمریزاسیون PPy در غشا pSi. غشا از طریق یک لایه طلایی تماس می گیرد. جریان از طریق الکترود شمارنده پلاتین (CE) اعمال می شود در حالی که ولتاژ توسط یک سیم پلاتین که به عنوان یک الکترود شبه مرجع (RE) عمل می کند ، اندازه گیری می شود. (C) نمودارهای آزمایش های الکترواکتاسیون. غشای pSi پر از PPy در اسید پرکلریک ۱M (HClO4) غوطه ور شده و از طریق لایه طلا با آن تماس می گیرد. جریان بین الکترود شمارنده کربن (CE) اعمال می شود در حالی که ولتاژ توسط یک الکترود مرجع استاندارد هیدروژن (RE) اندازه گیری می شود. قسمت سمت راست نمادی از مواردی است که ولتاژ ۰٫۹ ولتی اعمال می شود و آنیون ها در PPy گنجانده می شوند و در نتیجه نمونه گسترش می یابد. برعکس ، در قسمت میانی ولتاژ ۰٫۴ ولتی اعمال می شود و آنیون ها به دنبال انقباض بعدی نمونه خارج می شوند.

توصیف مواد ترکیبی

 

برای توصیف عملکرد ماده ترکیبی حاصل ، Brinker و همکاران. انجام اندازه گیری های dilatometry ؛ یک روش تحلیلی – حرارتی برای اندازه گیری انقباض یا انبساط مواد ، در یک تنظیم الکتروشیمیایی درجا. آنها نمونه را در اسید پرکلریک غوطه ور کرده و طوری قرار دادند که منافذ در جهت افقی قرار بگیرند. این تیم سپس پروب کوارتز دیلاتومتر را در بالای نمونه قرار داد تا طول آن را اندازه گیری کند و پس از آن نمونه را در تماس با اسید پرکلریک تنظیم کردند تا آزمایش های الکتروشیمیایی را انجام دهند . برینکر و همکاران مشخصات الکتروشیمیایی سیستم ترکیبی را قبل و در حین اندازه گیری های دیلاتومتری با ضبط ولتاموگرام چرخه ای اندازه گیری کرد(CV) در محدوده پتانسیل ۰٫۴ ولت تا ۰٫۹ ولت. غشا membrane pSi-PPy ویژگی شارژ خازنی را به PPy نشان می دهد ، جایی که جریان به سرعت به سمت یک مقدار ثابت حرکت می کند. آنها از ولتاژ بالاتر استفاده نکرده و مانع از اکسید شدن زیاد یا تخریب جزئی پلیمر می شوند. تیم تحقیق برای مشخص کردن جزئیات تحریک الکتروشیمیایی هنگام ضبط CV (ولتاموگرام های چرخشی) ، تغییر طول نمونه را ثبت کردند.

 

فعال سازی الکتروشیمیایی غول پیکر در یک ماده ترکیبی سیلیکون-پلی پیرول نانو متخلخل

مرحله سنجی

برینکر و همکاران سپس کوولومتری مرحله ای را انجام دادبرای تجزیه و تحلیل سینتیک تحریک و مقدار ماده ای که در طی واکنش الکترولیز با اندازه گیری مقدار الکتریسیته مصرفی یا تولید شده در محل تبدیل شده است. پاسخ کرنش تنظیم آزمایشی تقریباً با یک مرتبه از سرعت شارژ و تخلیه سریعتر بود. دو اثر ممکن است در مشاهده نقش داشته باشد. اول ، در طول آزمایش ، ممکن است پلی پیرول (PPy) به حد عملکرد خود رسیده باشد تا باعث تغییر شکل پلاستیک شود. همانطور که از طریق تجزیه و تحلیل میکرو مکانیکی ذکر شد ، کل نمونه بیشتر گسترش نخواهد یافت. دوم ، محدودیت های انتشار ممکن است مانع انتقال سریع آنیون ها به PPy شوند ، یک محدودیت جنبشی که توسط شبیه سازی های دینامیک مولکولی پشتیبانی می شود. دانشمندان همچنین ویژگی های ریز مکانیکی ریزساختار استخراج شده از میکروگراف الکترون همان ناحیه از مواد را برای درک مکانیسم الکترو فعال سازی غشا p pSi پر از PPy الگوسازی کردند. آنها ماکروسکوپی را اندازه گیری کردندمدول جوان از مواد برای PPy خالی و PPy با غشا membrane pSi پر شده است تا نشان دهد چگونه ساختار شبکه pSi بر سختی ماکروسکوپی مواد مسلط است.

 

 

فعال سازی الکتروشیمیایی غول پیکر در یک ماده ترکیبی سیلیکون-پلی پیرول نانو متخلخل
مدول یانگ از غشا p pSi خالی و پر از PPy. مقادیر به عنوان تابعی از مقدار آستانه خاکستری پیش بینی می شوند. منحنی سیاه مربوط به غشای خالی pSi است و منحنی آبی برای غشا p pSi پر از PPy پیش بینی شده است. کالیبراسیون غشا p pSi به مدول ماکروسکوپی اندازه گیری شده یانگ E = 10 GPa ، آستانه خاکستری ۱۲۳ را به همراه دارد.

عملکرد بهبود یافته سیستم بیوهیبرید

فشار تورم مکانیکی داخلی در سیستم الکترولیت آبی / PPy (پلی پیرول) به دلیل وجود پتانسیل الکتریکی اعمال شده بر کل محیط متخلخل ، به حرکت یون های متقابل در فضای منافذ کمک می کند. در مقابل مواد پیزوالکتریک ، پتانسیل مورد استفاده در این کار برای به دست آوردن تحریک استثنایی با استفاده از مواد ترکیبی زیست سازگار به طور قابل توجهی پایین تر بود ، که نشان دهنده بهبود عملکرد سیستم ترکیبی است. به این ترتیب ، مانوئل برینکر و همکارانش تحریک الکتروشیمیایی بزرگ را در کنار یکپارچه عملکردی سیلیکون متخلخل (pSi) در یک نیمه هادی جریان اصلی ایجاد کردند تا مسیرهای همه کاره و پایداری را برای ذخیره انرژی الکتروشیمیایی و سایر کاربردها در رسانه های الکترولیتی آبی ایجاد کنند. این کار گسترش یافترویکردهای قبلی در مورد ترکیب مواد محرک پیزوالکتریک کلاسیک ، با این وجود ، بر خلاف سرامیک پیزوالکتریک با عملکرد بالا ، تیم هیچ یک از فلزات سنگین مانند سرب (Pb) را برای عملکرد ادغام نکرد. مواد به کار رفته در این کار ، در کنار ولتاژهای عملکردی فوق العاده کوچک مناسب برای عملکردهای زیست پزشکی محرک ، زیست سازگار و قابل تجزیه هستند. از دیدگاه علم مواد ، این تحقیق نشان داد که چگونه می توان تخلخل خود سازمان یافته در مواد جامد را برای طراحی مواد مکانیکی ۳-D قوی ، برای ادغام نانوکامپوزیت ها در دستگاه های کلان ، کاربردی کرد.

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.