Skip to content Skip to left sidebar Skip to right sidebar Skip to footer

Фантастични възможности на 2D материалите MXenes

MXenes

MXenes е ново семейство от двумерни (2D) карбиди, карбонитриди и нитриди на преходни метали. Използват се в различни приложения, като системи за съхранение на литиево-йонна и натриево-йонна енергия, EMI екраниране и пречистване на водата. Те се отличават с добра гъвкавост, лекота на обработка и висока проводимост с минимална дебелина. MXenes също имат високи антибактериални свойства с по-висока ефикасност от графеновия оксид за намаляване на жизнеспособността на бактериалните клетки. Но учените намират нови приложения за MXenes.

MXenes – ясно изразени max-eens – открита за първи път през 2011 г., е керамика, която представлява едно от най-големите семейства двуизмерни (2D) материали. Те са направени от насипен кристал, наречен MAX. За разлика от повечето 2D керамики, те имат добра проводимост, както и обемния капацитет, тъй като са молекулни листове, съставени от карбиди на преходни метали и нитриди като титан. MXenes вече са намерили приложение в най-различни области – от съхранение на енергия до медицина и оптоелектроника.

С този клас материали са възможни милиони различни комбинации от преходни метали (като молибден или титан), въглерод и азот. Задачата на търсенето при преминаване през набор от опции е само да се намерят най-стабилните опции.

Въпреки че има много възможни състави на сплави MXenes, повечето не са стабилни. Предизвикателството, пред което са изправени учените по материали, бе как ефективно да изучават обширния набор от конфигурации на сплави. След което да определят тези с най-ниска енергия на образуване и следователно с най-висока стабилност. Конвенционалните подходи за изчисляване на първи принципи изискват твърде много изчислителни ресурси, за да се намери бързо такова решение.

Като цяло двуизмерните (2D) структури, като графен и молибден дисулфид имат уникални свойства. Наличието на ново семейство от такива материали с широк спектър от химичен състав може по-добре да разбере разликите между свойствата на 2D и 3D материалите. Да доведе до идентифициране на полезните свойства на 2D карбидите, нитридите, оксикарбидите и други сродни структури и накрая ще се появят нови приложения.

MXenes

Сканираща електронна микроснимка на ексфолирани нанолистове MXenes. (Изображение: Бабак Анасори, Университет Дрексел)

MXenes са създадени чрез селективно отстраняване на алуминий от MAX многослойни фази.

Този процес на разслояване разделя карбидните слоеве на два листа с дебелина само няколко атома. Те могат да поставят различни йони и молекули между слоевете си, използвайки процес интеркалация, необходим за създаване на уникалните свойства на материалите.

MXenes

Новите конструкции на електроди, използващи MXene материал, ще позволят на батериите да се зареждат много по-бързо. Ключовата точка е микропорестата структура, която позволява на йоните бързо да проникнат в активните редокс центрове. (Изображение: Университет Дрексел)

Покритията с ниско триене, направени от графен и други 2D материали, често твърде бързо се износват, за да бъдат практични. За разлика от тях MXenes могат да бъдат достатъчно здрави. За да действат, като твърди смазочни материали при високотемпературни промишлени процеси или в космически приложения.

MXenes

Ламинираната структурата на MXene и титанов карбид е покритие с нисък коефициент на триене и дългосрочна устойчивост на износване.

Според изследователи, които са тествали този материал, тънкото 2D покритие от титанов карбид се е оказало най-устойчивото на износване твърдо смазващо средство. Покритието, което представлява карбид на преходен метал или нитрид, съдържащи слоеве с дебелина само няколко атома. Има невероятни антифрикционни свойства. На практика MXenes намаляване 6 пъти триенето в сравнение с необработените повърхности, което го поставя наравно с графен с ниско триене и молибден дисулфид. MXenes издържа 100 000 цикъла, осигурявайки поне два пъти живота на други 2D материали.

Други интересни статии в Новини