Сүүлийн арван жилд материал судлалын салбарт асар хурдтай хөгжиж буй, олон салбарт эрс шинэчлэл авчрах потенциалтай нэгэн гайхамшигт нээлт бол MXene хэмээх шинэ төрлийн 2 хэмжээст (2D) нэгдлүүд юм. Энэ нь графенээс хойш хамгийн сонирхол татсан материал хэмээн нэрлэгдэх болжээ. Гэхдээ графентай харьцуулахад MXenes нь илүү уян хатан, дамжуулах чадвар сайтай, хэрэглээний цар хүрээ өргөн гэдгээрээ онцлогтой.
MXenes гэж юу вэ?
MXenes нь карбид, нитрид эсвэл карбонитридын нэгдлүүд бөгөөд ерөнхий томьёогоор Mn+1XnTx гэж илэрхийлэгддэг. Энд:
- M нь шилжилтийн метал (жишээ нь Ti, V, Nb, Mo г.м.)
- X нь нүүрстөрөгч (C), азот (N),
- Tx нь гадаргуугийн функц бүхий бүлгүүдийг (жишээ нь -OH, -F, =O) илэрхийлнэ.
MXenes нь анх MAX фазууд гэгдэх давхар бүтэцтэй керамик нэгдлүүдээс химийн аргаар A элементийг салгах замаар гаргаж авдаг. Энэ процессын дараа M-X давхаргууд үлдэж, нимгэн 2D материал бий болдог. Энэ нь “MXene” гэх нэрийн гарал нь юм.
MXenes-ийн онцлог шинжүүд
- Сайн цахилгаан дамжуулалт: Метал шиг өндөр дамжуулалттай тул зай хураагуур, суперконденсаторт ашиглахад маш тохиромжтой.
- Механик уян хатан байдал: Цаас шиг налархай, хугардаггүй тул зөөврийн болон уян электрон төхөөрөмжид хэрэглэгддэг.
- Химийн хувьд идэвхтэй: Усанд уусах чадвартай, гадаргуун функцийн бүлгүүд нь катализ, мэдрэгч зэрэг олон хэрэглээнд нөлөөлнө.
- Дулаан ба цахилгаан тусгаарлагчийн аль аль болох боломж: Бүтцийн нарийн зохицуулалтаар зориулалтад нь тохируулж болно.
MXenes-ийн хэрэглээний боломжууд
- Энергийн хадгалалт: Лити-ион зай, суперконденсатор зэрэгт электродын материал болгон ашиглахад маш тохиромжтой.
- Ус цэвэршүүлэх технологи: Бохирдол шүүх, хүнд металл шингээх өндөр чадвартай.
- Ухаалаг электроник: Уян хатан мэдрэгч, электрод, зөөврийн төхөөрөмжүүдэд хэрэглэж болно.
- Катализ ба мэдрэгч: Хурдан хариу үйлдэл үзүүлдэг тул химийн мэдрэгчид тохиромжтой.
- Био анагаах ухаан: Наношинж чанар, био нийцтэй байдал нь эм зөөвөрлөлт болон био мэдрэгчид хэрэглэгдэх боломжтой.
Сорилт ба ирээдүй
Гэхдээ MXenes-ийн хэрэглээг аж үйлдвэрт өргөн нэвтрүүлэхийн тулд шийдвэрлэх шаардлагатай зарим асуудлууд ч бий. Үүнд:
- Урт хугацааны тогтвортой байдал: Зарим төрлийн MXene агаарт исэлддэг, устөрөгчтэй урвалд ордог тул хадгалалт, хамгаалалт чухал.
- Үйлдвэрлэлийн өртөг: Химийн боловсруулах технологиуд нь одоогоор харьцангуй өртөг өндөртэй.
- Тодорхойгүй чанар: Хүн болон байгаль орчинд хэр нөлөөтэй болох нь бүрэн судлагдаагүй.
Гэсэн ч дэлхийн томоохон судалгааны багууд эдгээр асуудлыг шийдэхээр шаргуу ажиллаж байгаа бөгөөд ирэх арван жилд MXenes нь эрчим хүч, электроник, эрүүл мэнд, байгаль орчны салбарт тэсрэлттэй нээлтүүд авчрах магадлал өндөртэй байна.
Дүгнэлт
MXenes бол XXI зууны материалын шинжлэх ухааны шинэ эрин үеийн эхлэл юм. Графен шиг дэвшилтэт атлаа илүү олон талын хэрэглээтэй энэ материал бидний амьдралын олон салбарт бодитоор нэвтрэх цаг ойртсоор байна. Шинжлэх ухааны судалгаа, инженерчлэл, үйлдвэрлэлийн хөгжил MXenes-ийг илүү хүртээмжтэй, тогтвортой, ашигтай болгоно гэдэгт эргэлзэхгүй байна.
