Metode til at måle molekylær fordeling af MXene muliggør kvalitetskontrol i produktionsprocessen

Udviklet i 2011 er MXene et todimensionelt nanomateriale med vekslende metal- og kulstoflag, som har høj elektrisk ledningsevne og kan kombineres med forskellige metalforbindelser, hvilket gør det til et materiale, der kan bruges i forskellige industrier såsom halvledere, elektroniske enheder, og sensorer.

For at bruge MXene korrekt, er det vigtigt at kende typen og mængden af ​​molekyler, der er dækket på overfladen, og hvis molekylerne dækket på overfladen er fluor, falder den elektriske ledningsevne, og effektiviteten af ​​elektromagnetisk bølgeafskærmning falder. Men da det kun er 1 nm tykt, tager det flere dage at analysere molekylerne på overfladen selv med et højtydende elektronmikroskop, så masseproduktion har været umulig indtil nu.

Forskerholdet ledet af Seung-Cheol Lee, direktør for Indo-Korea Science and Technology Center (IKST) ved Korea Institute of Science and Technology (KIST), har udviklet en metode til at forudsige fordelingen af ​​molekyler på overfladen ved hjælp af magnetoresistens egenskab af MXene. Artiklen er publiceret i tidsskriftet Nanoscale .

Ved at benytte denne metode er det muligt at måle den molekylære fordeling af MXene med en simpel måling, hvilket muliggør kvalitetskontrol i produktionsprocessen, hvilket forventes at åbne vejen til masseproduktion, som ikke tidligere var mulig.

Forskerholdet udviklede et todimensionalt materialeegenskabsforudsigelsesprogram baseret på ideen om, at elektrisk ledningsevne eller magnetiske egenskaber ændrer sig afhængigt af molekylerne knyttet til overfladen. De beregnede de magnetiske transportegenskaber af MXene og lykkedes med at analysere typen og mængden af ​​molekyler adsorberet på overfladen af ​​MXene ved atmosfærisk tryk og stuetemperatur uden yderligere enheder.

Ved at analysere overfladen af ​​MXene med det udviklede egenskabsforudsigelsesprogram blev det forudsagt, at Hall-spredningsfaktoren, som påvirker magnetisk transport, ændrer sig dramatisk afhængigt af typen af ​​overflademolekyler.

Hall-spredningsfaktoren er en fysisk konstant, der beskriver de ladningsbærende egenskaber af halvledermaterialer, og holdet fandt ud af, at selv når den samme MXene blev fremstillet, havde Hall-spredningsfaktoren en værdi på 2,49, den højeste for fluor, 0,5 for oxygen og 1 for hydroxid, hvilket giver dem mulighed for at analysere fordelingen af ​​molekylerne.

Hall-spredningskoefficienten har forskellige anvendelser baseret på værdien 1. Hvis værdien er lavere end 1, kan den anvendes på højtydende transistorer, højfrekvensgeneratorer, højeffektive sensorer og fotodetektorer, og hvis værdien er højere end 1, kan den anvendes på termoelektriske materialer og magnetiske sensorer. I betragtning af, at størrelsen af ​​MXene er nogle få nanometer eller mindre, kan størrelsen af ​​den relevante enhed og mængden af ​​krævet strøm reduceres dramatisk.

"I modsætning til tidligere undersøgelser, der fokuserede på produktionen og egenskaberne af ren MXene, er denne undersøgelse væsentlig, fordi den giver en ny metode til overflademolekylær analyse for nemt at klassificere fremstillet MXene," siger Seung-Cheol Lee, direktør for IKIST. "Ved at kombinere dette resultat med eksperimentelle undersøgelser forventer vi at være i stand til at kontrollere produktionsprocessen af ​​MXene, som vil blive brugt til at masseproducere MXene med ensartet kvalitet."

IKST blev etableret i 2010 og forsker inden for områderne teori, kildekode og software til beregningsvidenskab. Kildekoden er især et programmeringssprog, der implementerer algoritmer, der kan modelleres og simuleres, og betragtes som en original forskning inden for beregningsvidenskab, og centret udfører forskningssamarbejde med indiske universiteter og forskningsinstitutter såsom IIT Bombay for at udvikle kildekode.

Flere oplysninger: Namitha Anna Koshi et al., Kan magnetotransportegenskaber give indsigt i de funktionelle grupper i halvledende MXener?, Nanoskala (2023). DOI:10.1039/D2NR06409J

Journaloplysninger: Nanoskala

Leveret af National Research Council of Science &Technology