3 Minuty
Innowacyjne podejście TU Wien do produkcji MXenów
Zespół naukowców z Politechniki Wiedeńskiej (TU Wien), we współpracy z instytutami CEST i AC2T, zaprezentował przełomową metodę syntezy MXenów – rodziny dwuwymiarowych materiałów o niezwykłym potencjale technologicznym. Nowatorski proces całkowicie eliminuje konieczność stosowania niebezpiecznych substancji, takich jak kwas fluorowodorowy, otwierając drogę do praktycznej i bezpiecznej produkcji MXenów na dużą skalę. To przełomowy krok w dziedzinie inżynierii materiałowej i nanotechnologii.
Czym są MXeny i dlaczego określa się je mianem „cuda materiałowego”?
MXeny to klasa ultracienkich, warstwowych materiałów, w których każda warstwa ma grubość zaledwie jednego atomu. Składają się głównie z tytanu i węgla, a ich unikalna struktura zapewnia właściwości niedostępne dla tradycyjnych materiałów tych pierwiastków. Dzięki temu MXeny są uznawane za kluczowy materiał dla przyszłych baterii, zaawansowanych sensorów, ekranowania przed zakłóceniami elektromagnetycznymi (EMI) oraz wysoce efektywnych smarów stałych — co czyni je atrakcyjnymi także w technologiach kosmicznych. Szerokie możliwości zastosowań zyskały MXenom status prawdziwego „cudu materiałowego” w branży nowoczesnych materiałów i inżynierii.
Cechy produktu i przewaga na tle tradycyjnych metod
Tradycyjna produkcja MXenów opierała się na tzw. fazie MAX – strukturze z naprzemiennych warstw tytanu, węgla i aluminium. Oddzielenie aluminium od tej matrycy wymagało dotychczas użycia kwasu fluorowodorowego – wysoce toksycznego i trudnego w zarządzaniu pod względem bezpieczeństwa. To właśnie kwestie bezpieczeństwa i utylizacji odpadów uniemożliwiały komercyjne wdrożenie MXenów w większej skali.
Nowatorska metoda TU Wien wykorzystuje chemię elektrochemiczną i bezpieczniejszą mieszaninę chemiczną, opartą na tetrafluoroboranie sodu oraz kwasie solnym (NaBF₄/HCl). Zamiast stałego prądu elektrycznego stosowane są tu krótkie impulsy napięcia (tzw. pulsacja katodowa). Powstające mikro-pęcherzyki wodoru skutecznie aktywują i oczyszczają powierzchnię, co umożliwia precyzyjne i selektywne usunięcie warstwy aluminium z fazy MAX. Jak podkreśla Pierluigi Bilotto z Instytutu Konstrukcji Maszyn TU Wien, ścisła kontrola napięcia pozwala na wyizolowanie tylko atomów aluminium, otrzymując wyjątkowo czyste elektrochemiczne MXeny (EC-MXeny).
Efektywność, wydajność i kontrola jakości
Nowa metoda zapewnia imponującą, nawet 60% wydajność wysokiej jakości EC-MXenów w jednym cyklu procesu — i to bez produkcji szkodliwych produktów ubocznych. Zespół badawczy potwierdził strukturę i czystość uzyskanego materiału za pomocą zaawansowanych technik analizy chemicznej: mapowania pierwiastków SEM/EDX, badania chemii powierzchni XPS i LEIS oraz analizy struktury atomowej i wymiarów fizycznych przez AFM, TEM, Raman i XRD.
Impulsowa synteza elektrochemiczna nie tylko usprawnia produkcję MXenów, ale także pozwala utrzymać ich powierzchnię wolną od zanieczyszczeń. Ten skok wydajności oraz jakości stanowi duży postęp względem ryzykownych, starszych metod.
Wpływ na rynek i przyszłe zastosowania MXenów
Dzięki wyjątkowej przewodności, trwałości oraz właściwościom smarującym, MXeny mogą zrewolucjonizować sektory takie jak magazynowanie energii, elastyczna elektronika, inżynieria lotnicza i nowoczesne powłoki ochronne. Upraszczając i zwiększając bezpieczeństwo produkcji MXenów, nowa metoda elektrochemiczna może przyspieszyć przejście od badań laboratoryjnych do komercyjnych zastosowań, otwierając nowe obszary w energetyce odnawialnej, zaawansowanych czujnikach oraz rozwiązaniach smarnych dla przemysłu.
Jak zaznacza Pierluigi Bilotto: „Naszym celem jest, by syntezę MXenów można było przeprowadzić nawet we własnej kuchni — i jesteśmy coraz bliżej jego realizacji.”
Przełom TU Wien nie tylko usprawnia skalowalność i zrównoważony rozwój produkcji MXenów, ale także umacnia ich pozycję na globalnym rynku technologii nowej generacji.
Źródło: neowin
Komentarze