AQSh Energetika vazirligining Argonne milliy laboratoriyasi olimlari materiallar muhandisligini atom miqyosiga yaqinlashtirmoqdalar va ilg'or texnologiyalarni yaratish uchun MXenlarni atomga yaqin darajada qanday o'zgartirish mumkinligini namoyish etmoqdalar.
Yaqinda chop etilgan ikkita nashrda tadqiqotchilar MXenlardagi atomlarning turlarini, ularning joylashishini va qaysi kimyoviy guruhlar ularning atom-yupqa sirtlariga birikishini boshqarishning yangi usullarini namoyish etdilar.
MXenlar ("max-ins" deb talaffuz qilinadi) ikki o'lchovli materiallar oilasi bo'lib, ko'pincha bir necha atom qalinlikda bo'ladi. Ular asosan uglerod va/yoki azot bilan bog'langan titan, vanadiy yoki molibden kabi o'tish metallaridan iborat.
MXene materiallar oilasining kengayishi.
MXenlar dastlab MAX fazalari deb ataladigan qatlamli qattiq moddalarni hosil qiladi. Tadqiqotchilar MAX fazasidan bir turdagi qatlamni kimyoviy yo'l bilan olib tashlashganda, qolgan qatlamlarni yupqa, yassi MXen qatlamlariga ajratish mumkin.
«Men MAX fazalarini barcha sahifalari bir-biriga yopishtirilgan darslik, MXenlarni esa ajratib olishni istagan yagona sahifa sifatida tasavvur qilishni yoqtiraman», deb tushuntirdi Argonne milliy laboratoriyasining Mariya Goeppert-Mayer ilmiy xodimi Brayan Uayt.
«"Siz yelimni eritib, sahifani ehtiyotkorlik bilan olib tashlashingiz kerak. Yelim va sahifalar turli xil kimyoviy muhitlardir, shuning uchun atomlar ma'lum qatlamlar yaqinida bo'lishni afzal ko'rishadi", deb qo'shimcha qildi u.
Science jurnalida chop etilgan tadqiqotda Argonne milliy laboratoriyasi olimlari har biri kamida ikkita metalldan, ba'zi hollarda esa to'qqiztagacha metalldan iborat 40 xil MAX fazasini bitta strukturada yaratdilar.
Bu yutuq MXenlarni yaratish uchun ishlatilishi mumkin bo'lgan ma'lum kimyoviy makonni deyarli ikki baravar oshirdi.
Atom tartibi buzilganda
Tadqiqotchilar atom tartibini oltitagacha turli xil metallar mavjud bo'lganda saqlab qolish mumkinligini aniqladilar. Biroq, yetti yoki undan ortiq metallar qo'shilganda, bu tuzilish buziladi va atomlar chinakam tartibsiz bo'lib qoladi.
«"Bu yerda entropiya, ya'ni tasodifiylikka tabiiy moyillik ustunlik qiladi", dedi Uayt. "Tabiat ma'lum bir tartibni qo'llab-quvvatlaydi, ammo biz yetarlicha turli xil ingredientlarni qo'shsak, atomlarning tartibli bo'lib qolishi juda qiyin bo'ladi", deya qo'shimcha qildi u.
Ikkilamchi ion massa spektrometriyasi (SIMS) yordamida guruh turli atomlarning joylashishini aniqlash uchun material qatlamining tuzilishini qatlamma-qatlam o'lchadi.
Kelajak texnologiyalari uchun konstruktiv materiallar
«"Biz ularni dizayn materiallariga o'xshash deyishni yoqtiramiz", dedi Uayt. "Agar menga aniq bir narsa kerak bo'lsa, men ushbu kompozitsiyalardan foydalanaman; agar menga boshqacha narsa kerak bo'lsa, men boshqalardan foydalanaman. Guruhda juda ko'p odamlar borki, biz ehtiyojlarimizga qarab dizayn qila olamiz.".
Istiqbolli qo'llanmalardan biri elektromagnit shovqinlarni himoya qilishdir, bu yerda MXenlar hatto nanometr qalinlikdagi qoplamalarda ham kiruvchi signallarni bloklashi mumkin.
Tadqiqotchilar ularni kataliz kontekstida ham o'rganmoqdalar, bu yerda ularning ochiq ikki o'lchovli sirtlari platina kabi qimmat materiallarga bo'lgan ehtiyojni kamaytirishi mumkin.
«"MXenes xususiyatlarini sozlash qobiliyati kataliz uchun kalit hisoblanadi", dedi Muhoza.
«"Ba'zan faol markazlar sifatida ma'lum metallar kerak bo'ladi, ammo asosiy materialning faqat kichik bir qismi faol bo'ladi. MXenlar bu metallarni ikki o'lchovli tuzilishga joylashtirishga imkon beradi, shunda ularning barchasi ochiq qoladi", deya qo'shimcha qildi u.
Keyingi qiyinchilik bu materiallarni ishlab chiqarish va sanoat qo'llanmalari uchun miqyoslashdir. Sun'iy intellekt va mashinani o'rganish tadqiqotchilarga qaysi elementlarning kombinatsiyalarini sinab ko'rish eng qulay ekanligini aniqlashga yordam beradi.