Language
Country/Area
No result found
لغز مادة MXenes: لماذا يمكن لهذه المواد فائقة الرقة أن تكون بمثابة نقطة تحول في عالم التكنولوجيا
في مجال علم المواد، تعتبر MXenes فئة فريدة من المركبات غير العضوية ثنائية الأبعاد تتكون من كربيدات المعادن الانتقالية أو النتريدات أو نتريدات الكربون. بدأ اكتشاف هذه المواد فائقة الرقة في عام 2011، وأثبتت منذ ذلك الحين قيمتها التطبيقية المحتملة في مجموعة متنوعة من المجالات بما في ذلك الإلكترونيات والبطاريات والبيئة والطب الحيوي. كيف كشفت هذه المواد أسرارها تدريجيا؟
1. بنية وتركيب MXenes
يتكون الهيكل الأساسي لـ MXenes من سلسلة من الكربيدات المعدنية المكدسة على شكل "أكورديون". يتم تحقيق ذلك أثناء عملية التخليق عن طريق النقش الانتقائي لعنصر A (مثل الألومنيوم) في الطور MAX باستخدام مادة نقش قوية مثل حمض الهيدروفلوريك (HF). الصيغة النموذجية لهذه MXenes هي Mn+1XnTx، حيث يمثل T مجموعة وظيفية، مثل O، F، وما إلى ذلك. تمكن هذه الخاصية MXenes من امتصاص مجموعات نهاية مختلفة ذات تقارب للماء، وبالتالي التأثير على خصائصها الكهروكيميائية.
يتم تصنيع MXenes عادةً من خلال عملية الحفر الانتقائي من أعلى إلى أسفل، والتي تتمتع بقدرة جيدة على التوسع.
2. الخصائص الفيزيائية والكيميائية
تتمتع MXenes بخصائص ممتازة بما في ذلك التوصيل الكهربائي، والصلابة الميكانيكية، وقدراتها على تعديل السطح المزدوج. وهذا يتيح لهم إظهار أداء متميز في التقنيات المتطورة مثل معالجة المياه والبطاريات والمكثفات الفائقة. على سبيل المثال، أظهر Ti3C2 MXene سعة عكسية تصل إلى 410 مللي أمبير/جرام لبطاريات الليثيوم، وهو أمر ذو أهمية كبيرة في تحسين أداء البطارية. 3. إمكانية تطبيق MXenesمع تعميق البحث، أظهرت MXenes إمكانات كبيرة في مجالات مثل تخزين الطاقة والمواد المركبة والطب الحيوي. في تطبيقات الطاقة، تعتبر MXenes مواد مناسبة للأقطاب الموجبة والسالبة وتظهر أداءً جيدًا للدورة في بطاريات أيونات الصوديوم. أظهرت الأقطاب الكهربائية الشبيهة بالورق المصنوعة من Ti3C2 MXene كفاءة أعلى في تخزين الطاقة من المواد التقليدية.
تتميز مواد MXenes بأنها ليست موصلات فحسب، بل لديها أيضًا القدرة على التحكم في كيمياء السطح.
4. التطبيقات البيئية والبيولوجية
تحظى التطبيقات البيئية لمادة MXenes أيضًا باهتمام متزايد. أظهرت الدراسات أن Ti3C2 MXenes يمكن استخدامها كأقطاب كهربائية متحركة لإزالة الأمونيا في معالجة مياه الصرف الصحي وتظهر أيضًا إمكانات جيدة في إزالة المعادن الثقيلة والمواد الملوثة الأخرى. علاوة على ذلك، فإن توافقها الحيوي يجعل تطبيقها في الطب الحيوي ممكنًا، وخاصة في مجال ارتفاع الحرارة لعلاج السرطان.
