MXENE: نهج تطوير جديد لمجموعة واسعة من المواد الجديدة

MXENE هو فئة من المركبات غير العضوية ثنائية الأبعاد في علوم المواد. تتكون هذه المواد من الكربيد المعدنية الانتقالية أو النيتريد أو نيتريدات الكربون عدة طبقات ذرية سميكة. ظهرت لأول مرة في عام 2011 لأن مواد mxene لديها الموصلية المعدنية للكربيد المعدني الانتقالي بسبب مجموعة الهيدروكسيل أو الأكسجين الطرفي على سطحها. يستخدم على نطاق واسع في المكثفات الفائقة والبطاريات ودرع التداخل الكهرومغناطيسي والمواد المركبة. على سبيل المثال ، على عكس البطاريات التقليدية ، توفر المادة المزيد من القنوات لحركة الأيونات ، مما يزيد بشكل كبير من سرعة حركة الأيونات.

قام العلماء بتطوير مواد mxene التي تجمع الركائز من المرحلة الأقصى المقابلة ، وعادة ما يكون عن طريق الحفر بشكل انتقائي للمجموعة الرئيسية A ، حيث يمثل M المعدن الانتقالي ، X يمثل الكربون أو النيتروجين ، ويمكن للمجموعة الرئيسية A أن يشمل العنصر الألمنيوم والغاليوم والسيليكون وعناصر أخرى. يقوم الباحثون عادةً بإجراء الحفر في محلول فلوريد الهيدروجين المائي (HF) لجعل mxene يحتوي على مزيج من الفلورايد ، والأكسجين ، والمجموعات الوظيفية للهيدروكسيد.

على عكس أسطح المواد ثنائية الأبعاد ، مثل الجرافين وعطيم الكربون الانتقالي ، يمكن أيضًا تعديل المجموعات الوظيفية كيميائيًا. أظهرت الدراسات السابقة أن الإنهاء الانتقائي لـ MXENE مع مجموعات سطحية مختلفة يمكن أن يؤدي إلى خصائص ممتازة ، بما في ذلك وظائف العمل القابلة للضبط والغنطينة المغناطيسية ثنائية الأبعاد. سيؤدي الوظيفة التساهمية للركائز إلى اكتشاف اتجاهات جديدة للتصميم العقلاني للمواد الوظيفية ثنائية الأبعاد.

يمكن أن تخضع المجموعات الوظيفية السطحية في كربيدات المعادن الانتقالية ثنائية الأبعاد لمجموعة متنوعة من التحولات الكيميائية لتسهيل استخدام مجموعة واسعة من مواد mxene. قام فريق بحث بالكيمياء والفيزياء وعلماء المواد النانوية من جامعة شيكاغو ومختبر أرجون الوطني بتصميم وتطوير مسار جديد لتوليف MXENE. يقومون بتثبيت مجموعات السطح وإزالتها من خلال استبدال التفاعلات في الأملاح غير العضوية المنصهرة. نجح الفريق في تصنيع mxene مع نهايات السطح من الأكسجين والإيميد والكبريت والكلور والسيلينيوم والبروم والتيلوريوم مع خصائص هيكلية وإلكترونية فريدة من نوعها ، ويمكن أن تتحكم هذه المجموعات السطحية أيضًا مجموعات.