科学家发现为新技术制造原子薄金属层的简单方法

完美羊角面包的秘诀在于层数——尽可能多的层数，每层都点缀着黄油。同样，一种有望用于新应用的新材料由许多极薄的金属层制成，科学家可以在这些金属层之间滑动不同的离子用于各种目的。这使得它们对于未来的高科技电子产品或储能非常有用。

直到最近，这些材料 - 被称为MXenes，发音为“max-eens” - 与法国面包店制作的优质羊角面包一样劳动密集型。

但芝加哥大学科学家的一项新突破表明，如何更快、更容易地制造这些MXenes，同时减少有毒副产物。

研究人员希望23月<>日发表在《科学》杂志上的这一发现将刺激新的创新，并为在日常电子产品和设备中使用MXenes铺平道路。

原子经济

当它们在2011年被发现时，MXenes让很多科学家非常兴奋。通常，当您剃掉金或钛等金属以创建原子薄片时，它的行为不再像金属一样。但是MXenes中异常强的化学键使它们能够保留金属的特殊能力，例如强导电。

它们也很容易定制：“例如，你可以在层之间放置离子来使用它们来储存能量，”化学研究生Di Wang说，他是该论文的共同第一作者，也是博士后学者Chenkun Zhou。

所有这些优势都可以使MXenes在构建新设备方面非常有用，例如，存储电力或阻止电磁波干扰。

然而，我们知道制造MXenes的唯一方法涉及几个密集的化学工程步骤，包括在3，000°F下加热混合物，然后在氢氟酸中浴。

“如果你在实验室做实验，这很好，但如果你想大量用于商业产品，这将成为一个主要的腐蚀性废物处理问题，”芝加哥大学欧内斯特·德威特·伯顿杰出服务化学教授德米特里·塔拉平解释说，阿贡国家实验室的联合任命者和该论文的通讯作者。

为了设计一种更有效、毒性更小的方法，该团队使用了化学原理，特别是“原子经济”，它旨在最大限度地减少反应过程中浪费的原子数量。

芝加哥大学的研究小组发现了新的化学反应，使科学家能够从简单廉价的前体中制造MXenes，而无需使用氢氟酸。它只包括一个步骤：将几种化学物质与您想要制作层的任何金属混合，然后在 1，700°F 下加热混合物。 “然后你打开它，他们就在那里，”王说。

更简单、毒性更小的方法为科学家开辟了新的途径，为不同的应用(例如不同的金属合金或不同的离子调味剂)创造和探索新的MXenes品种。该团队用钛和锆金属测试了该方法，但他们认为该技术也可以用于许多其他不同的组合。

“这些新的MXenes在视觉上也很漂亮，”王补充道。“它们像花朵一样站立 - 这甚至可能使它们更适合反应，因为边缘暴露在外，离子和分子可以在金属层之间移动。

研究生Wooje Cho也是该论文的合著者。这项探索是在芝加哥大学各部门同事的帮助下实现的，包括理论化学家Suri Vaikuntanathan，X射线研究设施主任Alexander Filatov以及普利兹克分子工程学院的电化学家Chong Liu和Mingzhan Wang。电子显微镜由伊利诺伊大学芝加哥分校的Robert Klie和Francisco Lagunas进行。

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