首次发现以来,这已成为一个快速增长的家庭的二维层状材料MXenes-in 2011年,德雷塞尔大学研究人员已经取得稳定的进步在理解复杂的化学组成和结构,以及物理和电化学性能,这些异常的多功能材料。超过十年后,先进的仪器和一种新方法允许团队同伴在原子层,以便更好地理解材料的形式和功能之间的联系。
在最近的一篇论文中,研究人员从德雷克塞尔大学的工程和波兰的华沙理工学院和微电子和光子学研究所报道一种新的方式看原子构成MXenes及其前体材料,马克斯阶段,用二次离子质谱(SIMS)。在这一过程中,该组织发现原子位置他们并不预期和缺陷二维材料,可以解释他们的一些独特的物理性质。他们还展示了一个全新的存在亚MXenes,叫做碳氧化物,它是二维材料,30%的碳原子被氧气取代。
这一发现将使研究人员能够建立新的MXenes和其他纳米材料具有可协调的特性最适合特定的应用程序从5 g和6 g无线通信天线和盾牌电磁干扰;过滤器氢气生产、存储和分离;可穿戴的肾脏透析病人。
“更好的理解详细的结构和组成的二维材料将使我们能够释放他们的潜能”,尤里·Gogotsi说,博士领导了MXene描述研究。“我们现在有了一个清晰的为什么MXenes表现的方式,因此能够调整自己的结构和重要的新应用程序的行为。”
虽然西姆斯已经被用于研究多层材料多年来,深度分辨率是有限的检查材料表面(几个埃)。领导的研究小组Pawel Michalowski博士,来自波兰的微电子和光子学研究所做了一些改进技术,包括调整光束的角和能源,如何驱逐离子测量;清洁样品的表面,允许他们溅射一层一层地样品。这使得研究人员查看样本与atom-level决议之前没有可能的。
“最近的技术分析薄层和表面MXenes x射线光电子能谱,德雷克塞尔从我们已经使用的发现第一MXene”, Mark Anayee说Gogotsi博士研究生的团队。半岛综合体育官方APP下载德甲“虽然XPS只给了我们一个观察材料的表面,西姆斯让我们分析下的层表面。它允许我们“删除”正是一次一个原子层没有令人不安的下方。这可以给我们一个更清晰的图片,不可能与其他实验室的技术。”
随着团队去皮原子的上层,像考古学家仔细发掘一个新发现,研究人员开始看到的微妙的特征化学层内的脚手架材料,揭示原子的意想不到的存在和定位,以及各种缺陷和瑕疵。
“我们证明了含氧的形成MXenes,所谓的碳氧化物。这代表了一个新的MXenes-which亚科是一个大发现!”,Gogotsi说。“我们的研究结果表明,硬质合金MXene,有一个碳氧化物MXene,氧气取代碳原子在晶格结构。”
因为马克斯和MXenes代表一个大家庭的材料,研究人员进一步探索更复杂的系统,包括多个金属元素。了开创性的观察,包括原子的混合chromium-titanium碳化MXene-which以前认为是分为不同的层次。他们证实了以前的发现,如钼原子的完全分离和钛原子外层到内层molybdenum-titanium硬质合金。
这些发现都是重要的发展中MXenes精细结构和改进性能,根据Gogotsi。
“我们现在可以控制不仅总MXenes的元素成分,但是也知道原子层的特定元素,如碳、氧、或金属所在”,Gogotsi说。“我们知道,消除氧气有助于提高碳化钛MXene的环境稳定性和提高电子导电率。现在,我们有一个更好的理解有多少额外的氧气的材料,我们可以调整配方,可以说,生产MXenes没有它,结果更稳定的环境中。”
团队还计划探索钛和铬层分离,这将有助于它的发展MXenes有吸引力的磁性。现在SIMS技术已经被证明是有效的,Gogotsi计划在未来的研究中使用它,包括他最近的300万美元(US Department of Energy-funded努力探索氢MXenes storage-an重要一步一个新的可持续能源的发展。
“在许多方面,研究MXenes过去十年一直映射未知的领域”,Gogotsi说。“有了这个新方法,我们有更好的指导,寻找新材料和应用。”
