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掃描電子顯微鏡圖像揭示了MXenes微小結(jié)構(gòu)的美麗形狀。圖片來源：Di Wang/芝加哥大學(xué)
科技日報記者?張佳欣
一直以來，被稱為“MXenes”（即二維過渡金屬碳化物、氮化物或碳氮化物）的材料，屬于勞動密集型產(chǎn)品。但美國芝加哥大學(xué)科學(xué)家們的一項新技術(shù)突破表明，現(xiàn)在可以更快、更容易地制造這些MXenes，并減少有毒副產(chǎn)品。相關(guān)研究發(fā)表在最新一期《科學(xué)》雜志上。
類似于層次分明的牛角包，這種有望用于新應(yīng)用的新材料是由許多極薄的金屬層組成的，科學(xué)家可在這些金屬層之間滑動不同的離子以達到不同目的，對未來的高科技電子產(chǎn)品或能量存儲大有用處。研究人員希望，這一發(fā)現(xiàn)將刺激新的創(chuàng)新，并為在日常電子產(chǎn)品和設(shè)備中使用MXenes鋪平道路。
研究人員介紹，當把金或鈦這樣的金屬刮成原子般的薄片時，它的行為就不再像金屬了。但MXenes中異常強烈的化學(xué)鍵使它們能夠保留金屬的特殊能力，比如高導(dǎo)電性。MXenes也很容易定制，例如，可把離子放在層之間用來儲存能量。所有這些優(yōu)勢都可能使MXenes在制造新設(shè)備方面非常有用，例如，存儲電力或阻止電磁波干擾。
然而，目前已知制造MXenes的唯一方法涉及密集的化學(xué)工程步驟，包括在1650℃的溫度下加熱混合物，然后浸泡在氫氟酸溶液中。如果想將MXenes大量用于商業(yè)產(chǎn)品，腐蝕性廢物處理將成為主要阻礙。
為了設(shè)計一種更有效、毒性更低的方法，該團隊使用了化學(xué)原理。研究小組發(fā)現(xiàn)新的化學(xué)反應(yīng)，能從簡單而廉價的前體中制備MXenes，而不需要使用氫氟酸。它只有一個步驟：將幾種化學(xué)物質(zhì)與想要制造層狀金屬的任何一種金屬混合，然后將混合物加熱到927℃。
這種更簡單、毒性更低的方法為創(chuàng)造和探索不同應(yīng)用的新型MXenes開辟了新途徑，例如不同的金屬合金或不同的離子調(diào)味品。
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