3 Minutės
MXenų gamybos revoliucija: TU Vienos universiteto saugesnis metodas
Inovatyvi TU Vienos universiteto (Vienos technologijos universiteto) komanda, bendradarbiaudama su CEST ir AC2T, pristatė naują, saugesnį MXenų sintezės būdą. MXenai – tai pažangių dvimatinių medžiagų šeima, vertinama dėl išskirtinių technologinių savybių. Šis naujas metodas ne tik atsisako naudoti pavojingas chemines medžiagas, tokias kaip vandenilio fluorido rūgštis, bet ir atveria duris efektyviam didelio masto MXenų gamybai. Tai žymi svarbią pažangą šiuolaikinėje pažangių medžiagų inžinerijoje.
Kodėl MXenai laikomi „stebuklinga medžiaga“?
MXenai – itin plonos medžiagos, kurių kiekvienas sluoksnis siekia vos vieno atomo storį. Pagrindinės jų sudedamosios dalys – titanas ir anglis. Ši unikali struktūra suteikia MXenams savybių, kokių neturi masyvios šių elementų medžiagos. Dėl to MXenai tapo itin aktualūs kuriant naujos kartos baterijas, aukštos klasės jutiklius, elektromagnetinių trikdžių (EMI) apsaugos sprendimus bei itin efektyvius kietuosius tepalus net kosminėms technologijoms. Dėl plačių taikymo galimybių MXenai dažnai vadinami naujos kartos nanotechnologijos ir inžinerijos stebuklu.
Produkto savybės ir lyginamosios pranašumai
Tradicinė MXenų sintezė remiasi MAX fazės pirmtaku, kurį sudaro persidengiantys titano, anglies ir aliuminio sluoksniai. Istoriškai norint pašalinti aliuminį tekdavo naudoti ypač toksišką vandenilio fluorido rūgštį, kurią saugiai valdyti yra sudėtinga. Dėl saugumo reikalavimų ir kenksmingų atliekų susidarymo komercinė MXenų gamyba ilgą laiką buvo sunkiai prieinama platesniam pramoniniam naudojimui.
Priešingai, naujasis TU Vienos metodas pasitelkia elektrocheminę sintezę bei kur kas saugesnes chemines medžiagas - natrio tetrafluoroboratą ir druskos rūgštį (NaBF₄/HCl). Vietoj nuolatinės elektros srovės taikomi trumpi įtampos impulsai (vadinamas katodinis pulsuojimas), kurių metu susidarančios vandenilio burbuliukų srovės nuolat aktyvina ir valo paviršių, palengvindamos efektyvų ir selektyvų aliuminio sluoksnio pašalinimą iš MAX fazės. Pasak Pierluigi Bilotto iš TU Vienos Inžinerinio projektavimo instituto, toks tikslus impulso valdymas leidžia pašalinti tik aliuminio atomus, taip gaunant itin grynus elektrocheminius MXenus (EC-MXenus).
Efektyvumas, išeiga ir kokybės užtikrinimas
Šis inovatyvus metodas leidžia pasiekti iki 60% aukštos kokybės EC-MXenų išeigą per vieną ciklą ir nesukuria pavojingų šalutinių produktų. Tyrimų komanda MXenų struktūrą ir grynumą patikrino pažangiais cheminiais analizės metodais: SEM/EDX (elementinei sudėčiai nustatyti), XPS ir LEIS (paviršiaus chemijai tirti), bei AFM, TEM, Raman ir XRD (medžiagos atominei struktūrai ir matmenims charakterizuoti).
Pulsuojančios elektros sintezė ne tik supaprastina MXenų gamybą, bet ir užtikrina medžiagos vientisumą, nes viso proceso metu paviršius išlieka švarus, be teršalų. Šis kokybės ir išeigos šuolis yra naujas kokybinis lūžis, leidžiantis atsisakyti rizikingų tradicinių sintezės būdų.
Rinkos poveikis ir ateities taikymo sritys
Dėl pagerintos elektrinės laidumo, tvirtumo ir tepamųjų savybių MXenai gali iš esmės pakeisti energetikos, lanksčiosios elektronikos, aviacijos inžinerijos bei aukštos klasės dangų pramonės sektorius. Naujoji, saugi ir paprasta elektros sintezės technologija gali pagreitinti MXenų technologijų plėtrą nuo laboratorinio lygio iki plataus masto komercinio pritaikymo, sukuriant naujas galimybes švarios energetikos, pažangių jutiklių bei pramoninių tepimo sprendimų srityse.
Pierluigi Bilotto pabrėžia: „Siekiame, kad MXenų gamyba būtų tokia paprasta, jog ją būtų galima atlikti net virtuvėje. Ir niekada anksčiau nebuvome tokie arti šio tikslo.“
Šis proveržis ne tik padidina MXenų gamybos mastą ir tvarumą, bet ir stiprina jų svarbą pasaulinėje technologijų rinkoje.
Šaltinis: neowin
Komentarai