Porøs platinmatrix viser lovende som et nyt aktuatormateriale

Aktuatorer er almindelige maskinkomponenter, der omdanner energi til bevægelse, såsom musklerne i den menneskelige krop, vibratorer i mobiltelefoner eller elektriske motorer. Ideelle aktuatormaterialer har brug for gode elektrokemiske egenskaber for gentagne gange at lede elektriske strømme lavet af strømmende elektroner.

Derudover kræver aktuatormaterialer fremragende mekaniske egenskaber for at modstå den fysiske belastning, der er forbundet med kontinuerlig bevægelse. Nanoporøst platin (np-Pt), en platinmatrix, der indeholder bittesmå porer for at øge energiledning, blev for nylig skabt i store mængder og på en omkostningseffektiv måde, hvilket gør np-Pt til et ideelt og mere praktisk aktuatormateriale.

En gruppe materialeforskere fra Hamburg University of Technology i Hamburg, Tyskland fremstillede et ultrafint ligament np-Pt-materiale bestående af et tilfældigt, indbyrdes forbundet netværk af meget fine platinstrenge eller ligamenter, så små som to nanometer (10 ^-9 m) i diameter.

Dette netværk skaber også små porer mellem strengene, hvilket forbedrer bevægelsen af ​​elektroner eller ladede atomer gennem materialet. Det er vigtigt, at holdet brugte en effektiv fremstillingsmetode, der reducerede omkostningerne forbundet med at syntetisere en np-Pt. Ved at formindske diameteren af ​​Pt-strengene stiger både overflade-til-volumen-forholdet og den mekaniske stabilitet af np-Pt-materialet, hvilket forbedrer materialets aktuatorydelse.

Forskerne offentliggjorde deres undersøgelse i Energy Materials and Devices .

Sammenlignet med andre nanoporøse metaller og materialer, der bliver undersøgt for deres potentielle brug som aktuatorer, opdagede holdet, at np-Pt var fysisk mere robust og sandsynligvis ville fungere godt som et sensor- eller detektormateriale i forhold til andre nanoporøse materialer, der er for skrøbelige.

"Den fine ligamentstørrelse af np-Pt kunne give et forbedret overfladeareal, som gør materialet til en lovende ... katalysator for kemiske reaktioner såvel som et aktuatormateriale," sagde Haonan Sun, førsteforfatter af papiret og forsker i forskningsgruppen for Integrated Metallic Nanomaterials Systems ved Hamburg University of Technology. Som katalysator ville np-Pt fremskynde hastigheden af ​​specifikke kemiske reaktioner.

Det mest unikke ved undersøgelsen var, hvordan forskerne fremstillede np-Pt-materialet. "Det vigtigste gennembrud i denne forskning er, at vi opnåede bulk np-Pt ved elektrokemisk aflegering. Tidligere undersøgelser af np-Pt var alle baseret på nanopartikler eller film, der blev fremstillet ved hjælp af dyrere kommercielle Pt-partikler. Så den nemme og billige metode til aflegering øger det praktiske ved np-Pt og gør yderligere forskning mulig," sagde Sun.

Specifikt er aflegering en proces med selektiv udvaskning eller korrosion, hvor en komponent af en legering eller materialeblanding selektivt fjernes fra materialet. Før aflegeringsprocessen er materialet en ensartet blanding. Efter den selektive udvaskningsproces fjernes de mere kemisk aktive blandede materialer delvist fra materialet og efterlader små porer.

I dette tilfælde blev np-Pt fremstillet ved selektivt at udvaske kobber fra en platin-kobberlegering (Pt₁₅ Cu₈₅ ) under anvendelse af svovlsyre (H₂ SO₄ ).

Forud for denne undersøgelse var np-Pt heller aldrig blevet fremstillet i større bulkmængder. Forskerholdet foreslår, at den vellykkede ydeevne af bulk np-Pt tjener som en model for udviklingen af ​​andre nanoporøse metaller, der kan undersøges for deres egnethed som potentielle aktuatormaterialer, belastningssensorer eller kemiske reaktionskatalysatorer.

Med aktuatormaterialets ydeevne af np-Pt etableret, ser teamet frem til at bestemme materialets effekt på kemiske reaktioner. "Det næste trin i denne undersøgelse er at undersøge den kemiske katalysatoregenskab af vores np-Pt. Vi har allerede fundet nogle meget interessante fænomener med bulk np-Pt på oxygenreduktionsreaktionen, som kombinerer oxygen og brint for at danne vand... og vi ville gerne lave noget dybere research om det," sagde Sun.

Flere oplysninger: Haonan Sun et al., Bulk nanoporøst platin til elektrokemisk aktivering, Energimaterialer og enheder (2023). DOI:10.26599/EMD.2023.9370006

Leveret af Tsinghua University Press