Proboj u masovnoj proizvodnji MXene

Istraživači su razvili model analize koristeći karakteristike magnetnog transporta molekula pričvršćenih za površinu MXene. Očekuje se da će se uspostavljanje sistema predviđanja i klasifikacije imovine koristiti za proizvodnju MXene ujednačenog kvaliteta.

Razvijen 2011. godine, MXene je dvodimenzionalni nanomaterijal sa naizmeničnim metalnim i ugljeničnim slojevima, koji ima visoku električnu provodljivost i može se kombinovati sa raznim metalnim jedinjenjima, što ga čini materijalom koji se može koristiti u različitim industrijama kao što su npr. poluprovodnicielektronski uređaji i senzori.

Da biste pravilno iskoristili MXene, važno je znati vrstu i količinu molekula prekrivenih na površini. Ako su molekuli prekriveni na površini fluor, električna provodljivost se smanjuje, a efikasnost zaštite od elektromagnetnih valova se smanjuje. Međutim, pošto je MXene debeo samo 1 nm (nanometar — milijarditi deo metra), potrebno je nekoliko dana da se analiziraju molekuli na površini čak i elektronskim mikroskopom visokih performansi, tako da je masovna proizvodnja do sada bila nemoguća.

Proboj u analizi MXene površine

Istraživački tim predvođen Seung-Cheolom Leejem, direktorom Indo-Korea Science and Technology Centra (IKST) na Korejskom institutu za nauku i tehnologiju (KIST), razvio je metodu za predviđanje distribucije molekula na površini koristeći svojstva magnetootpornosti MXene. Korištenjem ove metode moguće je mjeriti molekularnu distribuciju MXene jednostavnim mjerenjem, što omogućava kontrolu kvaliteta u procesu proizvodnje, što se očekuje da otvori put masovnoj proizvodnji koja do sada nije bila moguća.

Predviđeni Hallov faktor raspršenja za MXene. Zasluge: Korejski institut za nauku i tehnologiju

Istraživački tim je razvio dvodimenzionalni program za predviđanje svojstava materijala zasnovan na ideji da se električna provodljivost ili magnetna svojstva mijenjaju ovisno o molekulima pričvršćenim za površinu. Kao rezultat toga, izračunali su svojstva magnetnog transporta MXene-a i uspjeli analizirati vrstu i količinu molekula adsorbiranih na površini MXene-a pri atmosferskom pritisku i sobnoj temperaturi bez ikakvih dodatnih uređaja.

Faktor Holovog raspršenja i primjene

Analizom površine MXenea sa razvijenim programom za predviđanje svojstava, predviđeno je da se Hallov faktor raspršenja, koji utiče na magnetni transport, dramatično mijenja u zavisnosti od vrste površinskih molekula. Holov faktor raspršenja je fizička konstanta koja opisuje svojstva nošenja naboja poluprovodničkih materijala, a tim je otkrio da čak i kada je isti MXene bio pripremljen, Hallov faktor raspršenja je imao vrijednost od 2,49, najveću za fluor, 0,5 za kisik i 1 za hidroksid, što im omogućava da analiziraju distribuciju molekula.

Hallov koeficijent raspršenja ima različite primjene na osnovu vrijednosti 1. Ako je vrijednost niža od 1, može se primijeniti na tranzistore visokih performansi, visokofrekventne generatore, visokoefikasne senzore i fotodetektore, a ako je vrijednost veći od 1, može se primijeniti na termoelektrične materijale i magnetne senzore. Uzimajući u obzir da je veličina MXene nekoliko nanometara ili manje, veličina primjenjivog uređaja i količina potrebne energije mogu se dramatično smanjiti.

Zaključak i budući izgledi

“Za razliku od prethodnih studija koje su se fokusirale na proizvodnju i svojstva čistog MXenea, ova studija je značajna po tome što pruža novu metodu za površinsku molekularnu analizu za laku klasifikaciju proizvedenog MXenea,” rekao je Seung-Cheol Lee, direktor IKST-a. “Kombiniranjem ovog rezultata s eksperimentalnim studijama, očekujemo da ćemo moći kontrolirati proizvodni proces MXene, koji će se koristiti za masovnu proizvodnju MXene ujednačenog kvaliteta.”

Referenca: „Mogu li svojstva magnetotransporta pružiti uvid u funkcionalne grupe u poluprovodničkim MXenima?“ Namitha Anna Koshi, Anup Kumar Mandia, Bhaskaran Muralidharan, Seung-Cheol Lee i Satadeep Bhattacharjee, 14. aprila 2023., Nanoskala.
DOI: 10.1039/D2NR06409J

IKST je osnovan 2010. godine i sprovodi istraživanja u oblastima teorije, izvornog koda i softvera za računarske nauke. Konkretno, izvorni kod je programski jezik koji implementira algoritme koji se mogu modelirati i simulirati, i smatra se originalnim istraživanjem u području računarskih znanosti, a centar provodi kolaborativno istraživanje s indijskim univerzitetima i istraživačkim institutima kao što je IIT Bombay kako bi razvio izvorni kod. kod.