Nanomaterial Mxene digunakan untuk teknologi baterai atau sebagai pelumas berkinerja tinggi. Sampai sekarang, produksinya sulit dan beracun. Metode baru telah dikembangkan di Tu Wien.
Ini adalah salah satu tren paling signifikan dalam ilmu material: bahan yang hanya terdiri dari satu lapisan atom, yang disebut “bahan 2D”, sering menunjukkan sifat yang sama sekali berbeda dari lapisan yang lebih tebal yang terdiri dari atom yang sama. Bidang penelitian ini dimulai dengan graphene material pemenang Hadiah Nobel. Sekarang, penelitian sedang dilakukan ke dalam kelas material mxenes (diucapkan maxenes), yang terutama terdiri dari titanium dan karbon, oleh tu wien (Wina) bersama -sama dengan perusahaan CEST dan AC2T.
Mxenes ini memiliki sifat yang terdengar hampir ajaib: mereka dapat digunakan untuk pelindung elektromagnetik, untuk penyimpanan energi atau untuk sensor baru. Di Tu Wien, ditemukan bahwa mereka juga sangat cocok sebagai pelumas yang solid, bahkan di bawah kondisi yang paling keras, misalnya dalam teknologi ruang angkasa. Satu -satunya masalah sejauh ini adalah bahwa memproduksi mxene ini dianggap sangat berbahaya dan beracun. Tetapi sekarang metode baru telah dikembangkan: alih -alih asam beracun, listrik digunakan. Metode sintesis baru sekarang telah diterbitkan dalam jurnal “Small”.
Tidak ada lagi asam hidrofluorik beracun
“Untuk menghasilkan mxenes, pertama-tama Anda membutuhkan apa yang disebut fase maksimal. Ini adalah bahan yang dapat terdiri, misalnya, lapisan aluminium, titanium dan karbon”, jelas Pierluigi Bilotto dari unit penelitian tribologi di Institute of Engineering Design dan pengembangan produk di Tu Wien. “Sampai sekarang, asam hidrofluorik digunakan untuk mengukir aluminium secara maksimal, yang kemudian menghasilkan sistem lapisan tipis atom yang dapat meluncur satu sama lain dengan resistensi yang sangat sedikit. Ini membuat MXEN ini menjadi pelumas yang hebat.”
Tetapi menangani asam hidrofluorat bukanlah tugas yang mudah. Ini beracun dan berbahaya bagi lingkungan, dan ada peraturan ketat tentang cara menangani bahan kimia ini. Anda memerlukan peralatan laboratorium khusus dan mahal untuk itu, dan Anda mendapatkan produk limbah yang harus dibuang dengan cara yang mahal. “Inilah sebabnya mengapa Mxenes belum membuat terobosan besar di industri,” kata Pierluigi Bilotto. “Sulit untuk membangun proses seperti itu pada skala industri, dan banyak perusahaan yang bisa menghindar dari mengambil langkah ini.”
Jadi Pierluigi Bilotto berangkat untuk menemukan metode yang lebih baik – bersama dengan Prof. Carsten Gachot dan Prof. Markus Valtiner dari Tu Wien, Dr. Markus Ostermann dari Cest di Wiener Neustadt, Marko Pjlievic dari AC2T dan lainnya.
Elektrokimia
“Elektrokimia menawarkan rute alternatif untuk memecahkan ikatan aluminium dalam fase maks,” kata Pierluigi Bilotto. “Ketika tegangan listrik diterapkan, fase maks mengalami arus listrik yang memprakarsai reaksi pada antarmuka. Dengan memilih tegangan secara tepat, kami dapat menyesuaikan reaksi dengan cara yang hanya dihilangkan atom aluminium yang dihilangkan, dibiarkan sebagai produk elektrokimia produk (EC-MXENES).
Tim menemukan bahwa teknik elektrokimia yang sangat spesifik dapat digunakan untuk meningkatkan etsa elektrokimia dan kualitas keseluruhan EC-MXENE: pulsa arus yang baik. Sementara reaktivitas permukaan sering turun dengan cepat dengan metode lain, pulsa arus pendek menyebabkan gelembung hidrogen kecil terbentuk pada bahan fase maks, membersihkan dan mengaktifkan kembali permukaan. Hal ini memungkinkan reaksi elektrokimia dipertahankan untuk periode waktu yang lebih lama dan sejumlah besar EC-MXENES untuk diproduksi.
Produk yang diperoleh kemudian dianalisis dengan teknik canggih seperti mikroskop gaya atom, pemindaian dan mikroskop elektron transmisi, spektroskopi fotoelektron raman dan sinar-X, dan hamburan ion energi rendah. Sifatnya setidaknya sama baiknya dengan mxenes yang sebelumnya diproduksi menggunakan asam hidrofluorat. “Tujuan saya adalah membuat sintesis Mxene sangat sederhana. Itu harus dimungkinkan di dapur mana pun”, kata Pierluigi Bilotto. “Dan kami sangat dekat dengan itu.”
Publikasi asli
M. Ostermann, M. Piljevic et al., Pengelupasan elektrokimia berdenyut untuk sintesis MXENE berkelanjutan yang bebas HF, kecil, 2500807 (2025).
