Материаловеды из Корнеллского университета (США) представили недорогой и экологичный метод синтеза керамических листов, толщиной в несколько нанометров, обладающих набором редчайших свойств, которые будут полезны как для электроники, так и для приложений в области альтернативной энергетики.

Статья с результатами исследования, опубликованная в Journal of Materials Chemistry, удостоилась чести украсить собой обложку этого издания.

Рис. 1. Слева — схема синтеза и упорядочивания листов. Справа — микрофотография полученной стопки нанолистов. (Иллюстрация Richard Robinson / Cornell).

Кристаллы оксида натрия-кобальта длиной в миллиметр и толщиной в 20 нанометров получены с помощью нового метода, который объединяет традиционный золь-гель-синтез со стадией электрокинетического расслоения.

При этом образовывались уложенные стопочкой листы кристаллического смешанного оксида суммарной толщиной в десятки тысяч слоёв. По словам Ричарда Робинсона, лидера научной группы, работающей над проектом, полученный материал обладает прямо-таки захватывающими свойствами, включая термоэлектродвижущую силу, высокую электрическую проводимость и сверхпроводимость. (Ну тут уж через край! Если упрощённо, то высокотемпературная сверхпроводимость возможна только в тех материалах, где обнаруживаются увеличенные расстояния между атомными слоями, кои можно рассматривать как свободные каналы для движения электронов, избыток которых создаётся нестехиометрией оксидной фазы. А в данном случае электроны, что, должны двигаться между листами? И где взяться свободным электронам в оксиде натрия-кобальта?) Кроме того, сообщается, что потенциально разработка способна быть полезной и в качестве катодного материала в натриевых батареях.

Обычно, поясняет г-н Робинсон, оксиды металлов (к примеру, служащие материалом для кухонной чашки) не проводят ток, будучи качественными керамическими изоляторами. В данном же случае материал является проводящим оксидом (по-видимому, носителем заряда, как и в индий-оловянном оксиде, выступают заряженные кислородные вакансии), что позволяет использовать его в термоэлектрических приборах для конвертации тепла в электрическую энергию.

Полученные нанолисты могут сгибаться, иногда на все 180 градусов, что очень нехарактерно для любой другой керамики из-за её хрупкости. Стоит также заметить, что исследуемый материал состоит из распространённых элементов (натрий, кобальт и кислород) и не использует по-настоящему токсичных веществ (таких как теллур), которые присутствуют в каждом термоэлектрическом устройстве.