Ученые открыли простой способ атомного производства

Чикагский университет, 30 марта 2023 г.

Изображение, полученное сканирующей электронной микроскопией, показывает красивые формы крошечных структур, известных как MXenes, которые представляют интерес для ученых для создания новых устройств и электроники, но ранее их было трудно создать. Они были выращены с помощью нового, более простого и менее токсичного метода, изобретенного химиками Чикагского университета. Для справки: диаметр человеческого волоса составляет около 50 мкм. 1 кредит

Ключ к идеальному круассану заключается в множестве слоев, каждый из которых пропитан сливочным маслом. Аналогичным образом, новый материал, имеющий потенциал для различных применений, состоит из множества ультратонких металлических слоев, между которыми ученые могут вводить различные ионы для определенных целей. Это делает их потенциально очень полезными для будущей передовой электроники и хранения энергии.

До недавнего времени производство этих материалов, известных как MXenes (произносится как «max-eens»), было столь же трудоемким, как создание высококачественного круассана в традиционной французской пекарне.

Но новый прорыв ученых из Чикагского университета показывает, как производить эти MXenes гораздо быстрее и проще, с меньшим количеством токсичных побочных продуктов.

Исследователи надеются, что открытие, опубликованное в журнале Science, будет стимулировать новые инновации и проложит путь к использованию MXenes в повседневной электронике и устройствах.

Когда они были обнаружены в 2011 году, MXenes очень взволновали многих ученых. Обычно, когда вы бреете такой металл, как золото или титан, чтобы создать листы атомарной толщины, он перестает вести себя как металл. Но необычно прочные химические связи в MXenes позволяют им сохранять особые способности металла, такие как сильная проводимость электричества.

Их также легко настраивать: «Вы можете помещать ионы между слоями, чтобы использовать их, например, для хранения энергии», — сказал аспирант-химик Ди Ван, соавтор статьи вместе с постдокторантом Чэнкунь Чжоу.

Все эти преимущества могут сделать MXenes чрезвычайно полезными для создания новых устройств — например, для хранения электроэнергии или блокировки электромагнитных волн.

However, the only way we knew to make MXenes involved several intensive chemical engineering steps, including heating the mixture at 3,000°F followed by a bath in hydrofluoric acidAny substance that when dissolved in water, gives a pH less than 7.0, or donates a hydrogen ion." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">кислота.

"This is fine if you’re making a few grams for experiments in the laboratory, but if you wanted to make large amounts to use in commercial products, it would become a major corrosive waste disposal issue," explained Dmitri Talapin, the Ernest DeWitt Burton Distinguished Service Professor of Chemistry at the University of ChicagoFounded in 1890, the University of Chicago (UChicago, U of C, or Chicago) is a private research university in Chicago, Illinois. Located on a 217-acre campus in Chicago's Hyde Park neighborhood, near Lake Michigan, the school holds top-ten positions in various national and international rankings. UChicago is also well known for its professional schools: Pritzker School of Medicine, Booth School of Business, Law School, School of Social Service Administration, Harris School of Public Policy Studies, Divinity School and the Graham School of Continuing Liberal and Professional Studies, and Pritzker School of Molecular Engineering." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">Чикагский университет, соавтор Аргоннской национальной лаборатории и автор статьи.

To design a more efficient and less toxic method, the team used the principles of chemistry—in particular "atomAn atom is the smallest component of an element. It is made up of protons and neutrons within the nucleus, and electrons circling the nucleus." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"atom economy," which seeks to minimize the number of wasted atoms during a reaction./p>