AJ 드렉셀 나노기술연구소
AJ Drexel Nanotechnology Institute(DNI)는 Drexel 대학 전체의 나노기술에 대한 학제간 연구, 교육 및 지원, 전략적 파트너십을 조정하기 위해 2003년 1월에 설립되었습니다.
연결:
프로젝트
MXene
MXene은 일반식 M을 갖는 2차원(2D) 무기 화합물 계열입니다.N+1엑스N티엑스여기서 M은 초기 전이 금속이고, X는 탄소 및/또는 질소이고, T는 MXene 표면의 관능기(일반적으로 O, OH 및 F)입니다(M. Naguib, et al. 고급 교배., 2014, 26, 992). MXene은 전이 금속 탄화물의 높은 금속 전도성을 갖고 있으며 (그래핀과 같은 다른 2D 재료와 달리) 수산기 및 산소 종결 표면으로 인해 친수성입니다. MXene은 다층 MXene을 생성하는 MAX 상으로 알려진 벌크 3원 전이 금속 탄화물 및 질화물에서 A 층을 선택적으로 에칭한 결과로 2011년 Drexel University에서 처음 발견되었습니다. 표면적과 표면 접근성을 높이기 위해 다층 MXene은 일반적으로 추가 처리를 거쳐 박리된 MXene 용액을 생성합니다.
친수성으로 인해 MXene은 수성 및 극성 유기 용매에서 처리되어 안정적인 콜로이드 용액을 형성할 수 있으며, 이를 여과하여 독립형 필름을 형성하고 스프레이 코팅하여 투명 전도성 코팅을 형성할 수 있습니다. 이는 이 재료 계열에 대한 더 큰 잠재적인 응용을 제공합니다. 최초로 발견된 MXene은 Ti였습니다.3씨2 처음에는 배터리와 슈퍼커패시터의 전기화학적 특성에 대해 조사되었습니다(B. Anasori, et al. 자연 리뷰 자료, 2017, 2, 16098). 그러나 지난 몇 년 동안 수십 개의 다른 응용 프로그램과 함께 20개 이상의 MXene이 발견되었습니다.
MXenes에 의한 요독 독소 제거
착용형 인공 신장(WAK)은 말기 신장 질환 환자에게 더 나은 삶의 질을 제공할 수 있는 잠재적인 후보로 간주됩니다. 핵심 기술이자 최대 과제는 투석액 재생을 위한 흡착 시스템입니다. MXene 2D 나노시트는 외부 금속층에 결합된 표면 종단과 함께 탄소 또는 질소가 삽입된 전이 금속의 2~4개 원자층으로 구성됩니다. 코어 전이금속 탄화물과 표면 종단의 결합으로 MXenes는 전도성 점토와 유사한 재료를 만듭니다. 이는 MXene 구조가 물질의 원자간 및 층간 거리를 최적화함으로써 특정 분자를 흡착하도록 잠재적으로 미세 조정될 수 있음을 시사합니다. 또한 MXene 표면은 -OH, -O- 및 -F로 끝나기 때문에 표면에 수소 결합을 형성하여 흡착물과의 친화력을 더욱 향상시킬 수 있습니다. 따라서 우리는 투석액은 물론 혈액에서도 요독 독소를 직접 제거할 수 있는 MXene 기반 흡착제 시스템 개발에 전념하고 있습니다. 첫 번째 단계로, 우리는 가장 중요한 요독 독소 중 하나인 요소가 수용액과 사용된 투석액에서 MXene에 의해 신속하고 선택적으로 제거될 수 있음을 입증했습니다. 게다가, 건강한 기증자 혈액적합성 분석에서는 MXene Ti3C2T가엑스 혈액 응고, 용혈 및 혈소판 활성화에 큰 영향을 미치지 않으므로 MXene이 혈액 접촉 응용 분야에 사용하기에 안전하다는 것을 나타냅니다.
MXenes를 통한 조명 제어
양방향 거울이나 반사 방지 코팅이 무엇으로 만들어지는지 생각해 본 적이 있습니까? 우리가 원하는 방식으로 작동하도록 조명을 어떻게 제어할 수 있습니까? 단순한 빛의 투과를 넘어, MXene은 근적외선(near-IR)에서 포화 흡수 특성을 나타내는 것으로 나타났습니다. 즉, 빛의 강도가 증가함에 따라 빛의 흡수가 감소(빛의 투과가 증가)함을 의미합니다. 이 특성은 풀러렌(C60), 이는 정방향과 역방향에서 볼 때 빛이 다르게 투과되는 방식으로 수행됩니다. 포화 흡수 특성은 레이저와 같은 응용 분야에 적용할 수 있으며 근적외선 또는 테라헤르츠 주파수에서 디스크/기둥형 나노 구조를 활용할 때 조정될 수 있습니다.
투명 도체
모든 창문이 태양 에너지를 수확하고, 창문 색상을 조정하여 실내 온도를 제어할 수 있으며, 가시성을 희생하지 않고 이 모든 것이 가능하다면 어떨까요? 가시광선 및 근적외선 영역에서 MXene은 EM파를 전송하며 전송량은 존재하는 물질의 MXene 구성 및 두께에 직접적으로 의존합니다. 이를 통해 MXene을 에너지 저장 및 디스플레이 응용 분야에서 투명 전도체로 사용할 수 있습니다. 더욱이, 장치의 색상과 투명도는 적용된 전위에 따라 가역적으로 변경되어 전기변색 장치(및 창!)가 다른 색상으로 제작될 수 있습니다.
다가 이온 저장을 위한 MXene
리튬 이온 배터리는 이미 휴대용 및 플렉서블 전자 산업에서 지배적인 기술입니다. 그러나 Li 자원의 비용과 민주적 매장량은 미래의 전기화 및 대규모 에너지 저장에 대한 우려를 불러일으킵니다. "리튬 이온 기술을 넘어" 발전하려면 금속 이온의 가역적(탈)삽입을 위한 견고한 전극이 필요합니다. MXene은 다양한 양이온(Na+, K+, Mg+2, Zn+2, Ca+2 및 Al+3)의 자발적 삽입을 제공하므로 하이브리드 설계를 위한 기존 탄소 및 금속 산화물 재료에 대한 잠재적인 대안이 될 수 있습니다. 금속 커패시터 및 다가 배터리.
마이크로 전자공학에 전력을 공급하기 위해 에너지 저장 장치를 축소할 수 있습니까?
최근 사물인터넷(IOT)의 등장과 전자제품의 소형화 추세에 따라 소규모 에너지 저장장치 개발이 요구되고 있습니다. 온칩 MXene 장치의 확장 가능한 제조는 마이크로 로봇 공학, 센서 및 생체 의학 임플란트와의 호환 가능한 통합을 제공할 수 있습니다. 또한 투명한 전도성 동작과 색상 변경 특성으로 인해 MXene은 투명한 전기변색 에너지 저장 장치를 개발하는 데 적합합니다. 또한 MXene은 MXene 복합재가 에너지 저장, 수확 및 감지 기능의 역할을 결합할 수 있는 유연하고 착용 가능한 응용 분야에 사용될 수 있습니다.
회견:
Q: 귀하의 조직이나 부서의 발전에서 나노기술의 역할을 설명해주세요.
1891년 Drexel University가 설립된 이후 많은 변화가 있었지만, 대학의 원래 사명은 오늘날에도 여전히 유효하며, 새로운 기술의 도입과 사용은 Drexel University 계획의 최전선에 있습니다. 따라서 나노기술은 학생과 교수진이 새로운 학제간 연구를 탐구하고, 커리큘럼 개발에서 최첨단 지식 기반을 유지하며, 지역 및 국제 협력을 위한 추가 기회를 제공할 수 있는 플랫폼을 제공합니다.
Q: 나노기술이 귀하가 제공하는 제품이나 서비스에 어떤 영향을 미쳤습니까?
나노기술의 발전으로 새로운 협업 및 팀 연구 프로젝트가 가능해졌으며 엔지니어링 커리큘럼이 활성화되었습니다. 나노기술은 우리의 많은 연구 활동, 커리큘럼 및 교수진의 관심사와 통합되었습니다.
Q: 현재 나노기술과 관련된 프로젝트와 예상되는 결과(신공정, 신제품 등)를 간략하게 설명해주세요.
전기 및 컴퓨터 공학과의 Adam Fontecchio 교수와 그의 대학원생 Jared Coyle은 폴리머에 분산된 나노 크기의 액정 방울로 구성된 광전지 페인트를 개발하고 있습니다. 이 '태양광 페인트'는 미래에 집과 차량에 전력을 공급하는 방식에 혁명을 일으킬 가능성이 있습니다. 우리는 현재 상업용 및 주거용 페인트, 지붕 널, 주택과 자동차 창문용 투명 코팅재에 광전지 재료를 통합하는 방법을 모색하고 있습니다. 제품을 적용하면 현재 미학적으로 보이는 표면이 우리 삶을 더 좋게 만드는 활성 구성 요소로 변모하게 됩니다.
Q: 나노기술 응용이 미래를 주도할 곳은 어디라고 보십니까?
나노기술의 기회는 전통 학문, 학제간 활동, 아직 구상되지 않은 기술의 독특한 조합을 포함하는 프로젝트에 걸쳐 무궁무진합니다. 향후 20년 동안 우리는 재생 에너지, 깨끗한 물, 컴퓨터 기술, 생물의학 등의 혁신을 기대해야 합니다.
Q: 3~5년 후에 귀하의 조직에서 일하고 싶은 사람에게 어떤 조언을 해주고 싶나요?
나노기술에 관심이 있는 사람이라면 누구나 수학, 물리학, 화학 과목을 수강하는 것이 좋습니다. 또한, 나노기술과 관련된 연구 활동에 참여하는 것은 해당 분야의 대학원 과정을 위한 좋은 배경 지식을 제공할 수 있습니다. 또한 저는 학생들에게 기술의 최신 동향을 따라잡을 것을 제안하고 싶습니다. 배경이나 기술 교육에 관계없이 모든 사람이 접근할 수 있는 정보 소스가 많이 있으며, 제가 추천하고 싶은 몇 가지 정보 소스는 다음과 같습니다. 열광한 잡지, 더 뉴욕 타임즈 기술 섹션 및 과학의 금요일 National Public Radio(팟캐스트 및 라디오 라이브로 이용 가능)
Q: 지금까지 나노기술의 영향을 가장 많이 받은 산업은 무엇이라고 생각하시나요? 왜?
이 시점에서 가장 큰 영향은 생물의학 분야에 있었습니다. 암, 바이러스 및 기타 여러 질병을 퇴치하기 위한 새로운 의약품은 나노기술 연구에서 비롯되었습니다. 또한 주사탐침현미경(Scanning Probe Microscopy), 주사전자현미경(Scanning Electron Microscopy), X선 분광학 및 회절(X-Ray Spectroscopy and Diffraction)과 같은 나노특성화 방법은 생물학적 시스템의 기본 프로세스로서 단서를 제공하고 있습니다. 우리는 현재 DNA 분석과 인간 게놈 서열 분석에서 획기적인 발전을 경험하고 있으며, 이는 개별화된 의학에 새로운 가능성을 제시할 것입니다.
Q: 나노기술의 영향을 받을 미래 잠재력이 가장 큰 산업은 무엇이라고 생각하시나요? 왜?
생체의학 나노기술의 성장은 계속해서 성장하여 우리 삶 전체에 영향을 미칠 것입니다. 동시에, 대체 에너지 생성 및 저장은 전 세계에 영향을 미칠 정도로 성장할 기초 연구 및 개발의 발전을 보고 있습니다. 유한한 석유 매장량과 더불어 현재의 세계 경제적인 어려움으로 인해 우리는 태양광 발전을 통해 전력을 공급하기 위한 새로운 아이디어와 기술을 고려하게 되었습니다. 열 구배, 진동 에너지 및 폐열 방출을 기반으로 한 에너지 소거 시스템. 이러한 혁신은 전 세계적으로 필요하게 될 것이며 대체 에너지에 대한 나노기술의 영향은 현재 생물의학 분야에서 보고 있는 것만큼 클 것입니다.
(콘텐츠 출처: 드렉셀대학교 홈페이지, 보도자료, 인터뷰)
