Er MXenes fremtiden for nanoteknologi?

kunstige nyrer, kraftfulde batterier og effektiv vandrensning er nogle af de fremtidige anvendelser af en gruppe ultratynde materialer kendt som MXenes. Denne holdning kommer til udtryk i en artikel i tidsskriftet Videnskab , hvis forfattere omfatter en fra Linköpings Universitet.

Materialer, der har et tværsnit så tyndt som et eller nogle få lag af atomer har usædvanlige egenskaber på grund af deres tykkelse. Disse egenskaber kan være høj elektrisk ledningsevne, høj styrke eller evne til at modstå varme, giver ultratynde materialer et stort potentiale til brug i fremtidens teknologi. Det mest kendte materiale er grafen, og jagten på andre ultratynde materialer, også kendt som todimensionelle materialer, er steget i intensitet siden opdagelsen.

Grafen og mange andre todimensionelle materialer er enten halvledere, halvmetaller eller polariserede isolatorer. Manglen på en ultratynd metalleder er en hindring i udviklingen af ​​komponenter udelukkende baseret på todimensionelle materialer.

I 2011 blev en ny gruppe af ultratynde materialer opdaget, og givet navnet MXenes. De består af et metal i kombination med enten carbon- eller nitrogenatomer. MXenes supplerer andre ultratynde materialer ved, at de er metalliske ledere, og åbne døren til helt nye applikationer på nanometerskalaen.

Johanna Rosén, professor ved Institut for Fysik, Kemi og biologi ved Linköpings Universitet, sammen med kolleger fra Drexel University i USA, har skrevet en artikel i Science, der diskuterer fremtiden for MXenes og den indflydelse, de forventes at have.

"Der er mange tænkelige anvendelser. De to, der er tættest på realisering, er effektiv energilagring, i form af batterier og superkondensatorer, og elektromagnetisk interferensafskærmning. Men på længere sigt, vi vil være i stand til at fremstille filtre til luft- og vandrensning, antenner til næste generation af kommunikation, og mange andre applikationer, som vi ikke har tænkt på endnu, siger Johanna Rosén.

Desuden, mange MXener er biokompatible (kompatible med levende væv), ikke-giftig og miljøvenlig, hvilket betyder, at de undersøges for mulige anvendelser inden for biomedicin. En sådan anvendelse er dannelsen af ​​kunstige nyrer, hvilket ville gøre dialysebehandling (eller andre behandlinger, hvor dialysemaskiner ikke er tilgængelige) unødvendige.

Den første MXene, der blev opdaget, var titaniumcarbid, Ti ₃ C ₂ . Nu, ti år senere, omkring 50 forskellige MXener er blevet udviklet, mange af dem på Linköpings Universitet. Imidlertid, metoderne brugt til at fremstille dem betyder, at de tilgængelige kombinationer er næsten uendelige. Det betyder, at der på længere sigt kan være tusindvis af MXenere med forskellige skræddersyede egenskaber.

"MXenes blev opdaget for kun ti år siden, og forskningsfeltet til at studere dem er vokset ekstremt hurtigt. Cirka 6, Der udgives nu 600 videnskabelige artikler hvert år. Men der er stadig mange egenskaber og applikationer, der mangler at blive opdaget, og det kan løse mange nutidige udfordringer inden for både teknologi og medicin, siger Johanna Rosén.