作者:张佳欣 来源:科技日报 发布时间:2023/3/28 10:46:29
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制造原子级层状金属的简单方法出现

 

科技日报北京3月27日电(记者张佳欣)一直以来,被称为“MXenes”(即二维过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物)的材料,属于劳动密集型产品。但美国芝加哥大学科学家们的一项新技术突破表明,现在可以更快、更容易地制造这些MXenes,并减少有毒副产品。相关研究发表在最新一期《科学》杂志上。

类似于层次分明的牛角包,这种有望用于新应用的新材料是由许多极薄的金属层组成的,科学家可在这些金属层之间滑动不同的离子以达到不同目的,对未来的高科技电子产品或能量存储大有用处。研究人员希望,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。

研究人员介绍,当把金或钛这样的金属刮成原子般的薄片时,它的行为就不再像金属了。但MXenes中异常强烈的化学键使它们能够保留金属的特殊能力,比如高导电性。MXenes也很容易定制,例如,可把离子放在层之间用来储存能量。所有这些优势都可能使MXenes在制造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,目前已知制造MXenes的唯一方法涉及密集的化学工程步骤,包括在1650℃的温度下加热混合物,然后浸泡在氢氟酸溶液中。如果想将MXenes大量用于商业产品,腐蚀性废物处理将成为主要阻碍。

为了设计一种更有效、毒性更低的方法,该团队使用了化学原理。研究小组发现新的化学反应,能从简单而廉价的前体中制备MXenes,而不需要使用氢氟酸。它只有一个步骤:将几种化学物质与想要制造层状金属的任何一种金属混合,然后将混合物加热到927℃。

这种更简单、毒性更低的方法为创造和探索不同应用的新型MXenes开辟了新途径,例如不同的金属合金或不同的离子调味品。

 
 
 
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