4 دقیقه
یک تیم پیشگام از دانشگاه صنعتی وین (TU Wien) در همکاری با CEST و AC2T، روش نوآورانه‌ای را برای تولید MXeneها معرفی کرده است؛ این خانواده از مواد دوبعدی به دلیل پتانسیل فناوری استثنایی خود شناخته می‌شوند. این فرآیند جدید نه‌تنها نیاز به استفاده از مواد شیمیایی خطرناکی مانند اسید هیدروفلوئوریک را برطرف می‌کند، بلکه مسیر را برای تولید صنعتی و ایمن MXene هموار می‌سازد و نقطه عطفی مهم در علم مواد پیشرفته به شمار می‌رود.
MXene ها چرا به عنوان «مواد معجزه‌گر» شناخته می‌شوند؟
MXeneها گروهی از مواد فوق‌العاده نازک هستند که هر لایه آن تنها یک اتم ضخامت دارد. این مواد عمدتاً از تیتانیوم و کربن ساخته شده‌اند و ساختار منحصربه‌فرد آن‌ها ویژگی‌هایی را ایجاد می‌کند که در مواد حجیم همان عناصر مشاهده نمی‌شود. بنابراین، MXeneها در تحقیقات مربوط به باتری‌های نسل آینده، حسگرهای پرقدرت، محافظت در برابر تداخلات الکترومغناطیسی (EMI) و روان‌کننده‌های جامد بسیار کارآمد—حتی در فناوری فضایی—در خط مقدم قرار دارند. گستره وسیع کاربردها، MXeneها را به یک «مواد شگفت‌انگیز» در مهندسی نانو و فناوری تبدیل کرده است.
ویژگی‌ها و مزیت‌های مقایسه‌ای محصول
سنتز سنتی MXene به اگزر مواد اولیه‌ای به نام فاز MAX وابسته است که معمولاً از لایه‌های متناوب تیتانیوم، کربن و آلومینیوم تشکیل شده است. تا پیش از این، جداسازی آلومینیوم از این ترکیب اغلب با استفاده از اسید هیدروفلوئوریک انجام می‌شد—ماده‌ای بسیار سمی و مدیریت آن دشوار است. نگرانی‌های ایمنی و مدیریت پسماندهای خطرناک سال‌ها تولید صنعتی MXene را با مشکلات جدی مواجه کرده بود.
در مقابل، روش نوین دانشگاه صنعتی وین بر پایه الکتروشیمی و ترکیب شیمیایی بسیار ایمن‌تری همچون سدیم تترافلوروبورات و اسید کلریدریک (NaBF₄/HCl) عمل می‌کند. به جای جریان الکتریکی ثابت، از پالس‌های کوتاه ولتاژ (پالس‌های کاتدی) استفاده می‌شود. این پالس‌ها حباب‌های ریز هیدروژن تولید می‌کنند که پیوسته سطح را فعال و پاک‌سازی می‌کنند و به جداسازی مؤثر و انتخابی لایه آلومینیوم از فاز MAX کمک می‌نمایند. طبق گفته پیِرلوئیجی بیلوتو از مؤسسه طراحی مهندسی TU Wien، کنترل دقیق این ولتاژ فقط منجر به حذف اتم‌های آلومینیوم می‌شود و MXeneهای الکتروشیمیایی (EC-MXene) بسیار خالصی تولید می‌گردد.
بهره‌وری، بازده و کنترل کیفیت
این رویکرد نوین می‌تواند تا ۶۰ درصد بازده MXene الکتروشیمیایی با کیفیت بالا را تنها در یک سیکل فرآیندی و بدون تولید محصولات جانبی خطرناک فراهم سازد. ساختار و خلوص محصول نهایی از طریق تکنیک‌های پیشرفته مانند SEM/EDX برای نقشه‌برداری عنصری، XPS و LEIS جهت بررسی شیمی سطح، و همچنین AFM، TEM، رامان و XRD برای مطالعه ساختار اتمی و ابعاد فیزیکی، تأیید شد.
سنتز پالسی الکتریکی نه‌تنها روند تولید MXene را تسهیل می‌کند، بلکه با حفظ سطح فعال از آلودگی، یکپارچگی ماده را نیز ارتقا می‌دهد. این جهش در بازده و کیفیت، استانداردهای پیشین را به نحو چشمگیری دگرگون کرده است.
تأثیر بازار و کاربردهای آینده MXene
با رسانایی، پایداری و خاصیت روان‌کنندگی بالا، MXeneها آماده‌اند تا صنایعی چون ذخیره‌سازی انرژی، الکترونیک انعطاف‌پذیر، مهندسی هوافضا و پوشش‌های پیشرفته را متحول سازند. سادگی و ایمنی این فرآیند الکتروشیمیایی می‌تواند انتقال فناوری MXene از پژوهش‌های آزمایشگاهی به محصولات انبوه را تسریع کند و فرصت‌های نوینی در حوزه انرژی پاک، حسگرهای پیشرفته و روان‌کننده‌های صنعتی فراهم آورد.
پیِرلوئیجی بیلوتو تصریح می‌کند: «هدف ما این است که سنتز MXene به قدری ساده شود که حتی در آشپزخانه هم بتوان انجام داد. و امروز بیش از هر زمان دیگری به این هدف نزدیک شده‌ایم.»
این پیشرفت نه تنها مقیاس‌پذیری و پایداری تولید MXene را افزایش می‌دهد، بلکه اهمیت فزاینده این ماده را در بازار جهانی فناوری نیز تثبیت می‌کند.
منبع: neowin
.avif)
نظرات