科學家們發(fā)現了為新技術制造原子級薄金屬層的簡單方法

制作完美羊角面包的秘訣在于層數——盡可能多，每一層都點綴著黃油。同樣，一種有望用于新應用的新材料由許多極薄的金屬層組成，科學家可以在這些金屬層之間滑動不同的離子用于各種目的。這使得它們可能對未來的高科技電子產品或能量存儲非常有用。

直到最近，這些被稱為MXenes，發(fā)音為“max-eens”的材料與法國面包店制作的優(yōu)質羊角面包一樣需要大量勞動。

但是，芝加哥大學的科學家們的一項新突破展示了如何更快、更輕松地制造這些MXenes，同時產生更少的有毒副產物。

研究人員希望3月23日發(fā)表在《科學》雜志上的這一發(fā)現能夠激發(fā)新的創(chuàng)新，并為在日常電子產品和設備中使用MXenes鋪平道路。

原子經濟

當它們在2011年被發(fā)現時，MXenes讓很多科學家非常興奮。通常，當你削去金或鈦等金屬來制造原子級薄片時，它就不再像金屬那樣表現了。但MXenes中異常強大的化學鍵使它們能夠保留金屬的特殊能力，比如強烈導電。

它們也很容易定制：“例如，你可以將離子放在層之間以使用它們來儲存能量，”化學研究生DiWang說，他是該論文的共同第一作者以及博士后學者ChenkunZhou。

所有這些優(yōu)勢都可以使MXenes對于構建新設備非常有用——例如，用于存儲電能或阻止電磁波干擾。

然而，我們知道制造MXenes的唯一方法涉及幾個密集的化學工程步驟，包括將混合物加熱到3,000°F，然后在氫氟酸中浸泡。

ErnestDeWitt的德米特里·塔拉平(DmitriTalapin)解釋說：“如果您在實驗室中制作幾克用于實驗，這很好，但如果您想大量用于商業(yè)產品，這將成為一個主要的腐蝕性廢物處理問題。”芝加哥大學伯頓杰出化學教授，阿貢國家實驗室聯(lián)合任命者，論文通訊作者。

為了設計一種更有效、毒性更小的方法，該團隊使用了化學原理——尤其是“原子經濟”，它試圖最大限度地減少反應過程中浪費的原子數量。

UChicago團隊發(fā)現了新的化學反應，使科學家能夠在不使用氫氟酸的情況下使用簡單且廉價的前體制造MXenes。它僅包含一個步驟：將多種化學品與您希望制作多層的任何金屬混合，然后將混合物加熱至1,700°F。“然后你打開它，它們就在那里，”王說。

這種更簡單、毒性更小的方法為科學家們開辟了新途徑，可以為不同的應用創(chuàng)造和探索新品種的MXenes——例如不同的金屬合金或不同的離子調味劑。該團隊用鈦和鋯金屬測試了該方法，但他們認為該技術也可用于許多其他不同的組合。

“這些新的MXenes在視覺上也很漂亮，”Wang補充道。“它們像花朵一樣直立——這甚至可能使它們更適合反應，因為邊緣暴露在外，離子和分子可以在金屬層之間移動。”

研究生WoojeCho也是該論文的合著者。芝加哥大學各部門同事的幫助使這項探索成為可能，其中包括理論化學家SuriVaikuntanathan、X射線研究設施主任AlexanderFilatov以及普利茲克分子工程學院的電化學家ChongLiu和MingzhanWang。伊利諾伊大學芝加哥分校的RobertKlie和FranciscoLagunas進行了電子顯微鏡檢查。

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