Prieš kelias dienas mokslininkai paskelbė apie naują MXene medžiagų gamybos metodą, kuris padidina jų elektros laidumą net 160 kartų. Šis proveržis gali turėti didelį poveikį ateities technologijoms, ypač elektronikoje ir energetikoje.
Ką sudaro MXene medžiagos?
MXenes yra itin plonos, aukštųjų technologijų medžiagos, atrastos 2011 metais. Jos sudarytos iš keičiamų metalų sluoksnių, kurie sujungti su anglies arba azoto atomais. Šie atomai, esantys MXene paviršiuje, atlieka esminį vaidmenį, nes jie įtakoja elektronų judėjimą, stabilumą ir sąveiką su įvairiomis aplinkybėmis. Dr. Mahdi Ghorbani-Asl iš Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf pabrėžia, kad paviršiaus atomai yra ne tik dekoratyviniai – jų išdėstymas tiesiogiai veikia medžiagos savybes.
Tradicinių gamybos metodų trūkumai
Ankstesniame MXene gamybos procese buvo naudojamos cheminės graviravimo technologijos, kurios palikdavo netvarkingą atomų išdėstymą. Dr. Dongqi Li iš TU Dresden teigia, kad šis atomų netvarkingumas trukdo medžiagos efektyvumui, nes elektronai „įstrigę“ ir išsibarstę, lyg duobės kelyje.
Naujas GLS metodas
Naujoji GLS metodika, skirtingai nei tradiciniai metodai, naudoja kietas medžiagas, vadinamas MAX fazėmis, ir lydytas druskas kartu su jodo garais, kad formuotų MXene sluoksnius. Šis procesas leidžia tiksliai kontroliuoti, kurie halogenai, pavyzdžiui, chloras, bromas ar jodas, bus prijungti prie paviršiaus. Tai žymiai sumažina nepageidaujamų priemaišų kiekį ir sukuria tvarkingą paviršių.
Reikšmingi laidumo ir elektronų mobilumo patobulinimai
Naudodami GLS metodą, mokslininkai sukūrė Ti3C2Cl2, kuris yra polimero variantas su tik chloru, išdėstytu tvarkingai. Tokiu būdu gautas MXene variantas parodė 160 kartų didesnį laidumą ir 13 kartų geresnį terahercinį laidumą, palyginti su tradiciniais metodais pagamintu Ti3C2. Be to, stebėtas beveik keturgubas elektronų judrumo padidėjimas, kas yra esminis rodiklis, kaip laisvai elektronai juda per medžiagą.
Ateities technologijų pritaikymas
Be elektrinio laidumo, šis tyrimas rodo, kad skirtingų halogenų naudojimas paviršiuje gali pakeisti MXene sąveiką su elektromagnetiniais bangomis. Pavyzdžiui, chloru užbaigti MXenes gerai sugeria 14-18 GHz dažnių diapazone, o bromu ir jodu pagaminti variantai reaguoja į skirtingus dažnius. GLS metodas taip pat leidžia kurti MXenes su dviem ar trimis skirtingais halogenais, kas suteikia galimybę tobulinti medžiagas elektronikai, energijos kaupimui ir fotonikai.
Didelis žingsnis į priekį MXene chemijoje
Šis proveržis žymi svarbų žingsnį MXene medžiagų srityje, leidžiantį gaminti medžiagas su tvarkingais paviršiais ir tiksliai kontroliuojama chemija. Mokslininkai prognozuoja, kad toks požiūris gali pagreitinti naujos kartos technologijų, tokių kaip lankstūs elektroniniai įrenginiai ir pažangūs optoelektroniniai prietaisai, vystymąsi.
