Wspomniane MXeny nieprzypadkowo znalazły się w centrum zainteresowania. Te dwuwymiarowe materiały składają się z cienkich warstw metali połączonych z węglem lub azotem. Oficjalnie uznano je za nową rodzinę materiałów w 2011 roku, lecz wygląda na to, że niektóre struktury będące ich prekursorami opisywano już w latach 70. XX wieku.
Czytaj też: Zapomniany materiał sprzed lat skrywa strukturę mogącą odmienić przyszłość technologii
Dlaczego więc przez tak długi czas ludzkość nie doceniała ich potencjału? W tamtym okresie naukowcy nie dysponowali odpowiednią wiedzą na temat fizyki materiałów dwuwymiarowych ani zaawansowanymi narzędziami pozwalającymi analizować ich strukturę na poziomie atomowym. W rezultacie część właściwości tych związków pozostała niezauważona. Dopiero rozwój nowych metod badawczych i wykorzystanie AI umożliwiły spojrzenie na dawne wyniki z zupełnie innej perspektywy.
Wygląda na to, iż zidentyfikowanie 33 wcześniej pomijanych odmian MXenów może znacząco poszerzyć możliwości projektowania materiałów o określonych właściwościach. Ich wyjątkowa struktura zapewnia bardzo dużą powierzchnię aktywną w stosunku do masy. Dzięki temu mogą uczestniczyć w intensywnych procesach chemicznych i znaleźć zastosowanie w wielu dziedzinach.
Jednym z najbardziej obiecujących kierunków jest magazynowanie energii. MXeny mogą wspierać rozwój nowoczesnych baterii i innych systemów przechowywania energii, co ma szczególne znaczenie w kontekście rosnącego udziału odnawialnych źródeł energii. Ich właściwości mogą być również wykorzystane w technologiach oczyszczania wody, telekomunikacji oraz urządzeniach biomedycznych. Autorzy nowych badań poszli jednak o krok dalej. Oprócz identyfikacji nowych składów materiałów opracowali metodę ich syntezy, która może znacząco ograniczyć koszty środowiskowe produkcji.
Takowa pozwala uzyskać materiał w ciągu kilku sekund, w temperaturze pokojowej i bez konieczności dostarczania zewnętrznego ciepła. Ogranicza również zużycie wody oraz ilość stosowanych niebezpiecznych substancji chemicznych. To istotne, ponieważ nawet najbardziej obiecujące materiały mogą nie znaleźć szerokiego zastosowania, jeśli ich produkcja będzie zbyt droga lub szkodliwa dla środowiska. Uproszczenie procesu syntezy może zatem ułatwić przejście od eksperymentów laboratoryjnych do zastosowań przemysłowych.
Czytaj też: 43% więcej energii bez większego akumulatora. Chiny pokazały, jak powinien rozwijać się elektryk
Naukowcy zaprezentowali także możliwość wprowadzenia właściwości magnetycznych do MXenów poprzez dodanie metali ziem rzadkich. Zapewnia to kolejne perspektywy, szczególnie w obszarze zaawansowanej elektroniki i technologii przechowywania danych. Publikacja poświęcona tej koncepcji jest już dostępna na łamach Science.
Źródło: Science
