Shkencëtarët zbulojnë një mënyrë të thjeshtë për të bërë shtresa metalike të holla atomike për teknologjinë e re

Sekreti për një briosh të përsosur janë shtresat – sa më shumë të jetë e mundur, secila e gërshetuar me gjalpë. Në mënyrë të ngjashme, një material i ri me premtime për aplikime të reja është bërë nga shumë shtresa jashtëzakonisht të holla metali, midis të cilave shkencëtarët mund të rrëshqasin jone të ndryshëm për qëllime të ndryshme. Kjo i bën ato potencialisht shumë të dobishme për elektronikën e ardhshme të teknologjisë së lartë ose ruajtjen e energjisë.

Deri kohët e fundit, këto materiale – të njohura si MXenes, të shqiptuara “max-eens” – kërkonin punë aq intensive sa brioshët e mirë të bërë në një furrë buke franceze.

Por një zbulim i ri nga shkencëtarët e Universitetit të Çikagos tregon se si t’i bëjmë këto MXene shumë më shpejt dhe më lehtë, me më pak nënprodukte toksike.

Studiuesit shpresojnë se zbulimi, i publikuar më 23 mars në Science, do të nxisë inovacione të reja dhe do të hapë rrugën drejt përdorimit të MXenes në elektronikën dhe pajisjet e përditshme.

Kur u zbuluan në vitin 2011, MXenes i emocionoi shumë shkencëtarët. Zakonisht, kur rruani një metal si ari ose titani për të krijuar fletë të holla atomike, ai ndalon të sillet si metal. Por lidhjet kimike jashtëzakonisht të forta në MXenes u lejojnë atyre të ruajnë aftësitë e veçanta të metalit, si përçimi i fuqishëm i energjisë elektrike.

Ato janë gjithashtu lehtësisht të personalizueshme: “Mund të vendosni jone midis shtresave për t’i përdorur për të ruajtur energjinë, për shembull,” tha studenti i diplomuar i kimisë Di Wang, bashkëautori i parë i punimit së bashku me studiuesin postdoktoral Chenkun Zhou.

Të gjitha këto avantazhe mund t’i bëjnë MXenes jashtëzakonisht të dobishëm për ndërtimin e pajisjeve të reja – për shembull, për të ruajtur energjinë elektrike ose për të bllokuar ndërhyrjen e valëve elektromagnetike.

Megjithatë, e vetmja mënyrë që ne dinim për të bërë MXenes përfshinte disa hapa intensivë të inxhinierisë kimike, duke përfshirë ngrohjen e përzierjes në 3,000°F e ndjekur nga një banjë me acid fluorik.

“Kjo është në rregull nëse bëni disa gramë për eksperimente në laborator, por nëse dëshironi të bëni sasi të mëdha për t’u përdorur në produkte komerciale, do të bëhej një çështje e madhe e depozitimit të mbetjeve gërryese,” shpjegoi Dmitri Talapin, Ernest DeWitt. Burton Profesor i shquar i Shërbimit të Kimisë në Universitetin e Çikagos, i emëruar i përbashkët në Laboratorin Kombëtar Argonne dhe autori përkatës në punim.

Për të hartuar një metodë më efikase dhe më pak toksike, ekipi përdori parimet e kimisë – në veçanti “ekonominë e atomit”, e cila kërkon të minimizojë numrin e atomeve të humbura gjatë një reaksioni.

Ekipi i UChicago zbuloi reaksione të reja kimike që i lejojnë shkencëtarët të bëjnë MXenes nga prekursorë të thjeshtë dhe të lirë, pa përdorimin e acidit fluorik. Ai përbëhet nga vetëm një hap: përzierja e disa kimikateve me cilindo metal që dëshironi të bëni shtresa, pastaj ngrohni përzierjen në 1700°F. “Pastaj ju e hapni dhe ja ku janë,” tha Wang.

Metoda më e lehtë, më pak toksike hap rrugë të reja për shkencëtarët që të krijojnë dhe eksplorojnë varietete të reja të MXeneve për aplikime të ndryshme – të tilla si lidhje të ndryshme metalike ose aromatizues të ndryshëm jonesh. Ekipi testoi metodën me metale titan dhe zirkon, por ata mendojnë se teknika mund të përdoret gjithashtu për shumë kombinime të tjera të ndryshme.

“Këto MXen të rinj janë gjithashtu të bukur vizualisht,” shtoi Wang. “Ato qëndrojnë në këmbë si lule – gjë që mund t’i bëjë ato edhe më të mira për reaksione, sepse skajet janë të ekspozuara dhe të arritshme për jonet dhe molekulat që të lëvizin midis shtresave metalike.”

Studenti i diplomuar Wooje Cho ishte gjithashtu një bashkautor i gazetës. Eksplorimi u bë i mundur nga ndihma e kolegëve të UChicagos në të gjithë departamentet, duke përfshirë kimistin teorik Suri Vaikuntanathan, drejtorin e objektit të kërkimit me rreze X Alexander Filatov dhe elektrokimistët Chong Liu dhe Mingzhan Wang të Shkollës Pritzker të Inxhinierisë Molekulare. Mikroskopi elektronik u krye nga Robert Klie dhe Francisco Lagunas me Universitetin e Illinois Chicago.