Language
Country/Area
No result found
Từ 2011 đến nay: Làm thế nào MXenes nhanh chóng trở thành ngôi sao của khoa học vật liệu?
Trong lĩnh vực khoa học vật liệu, MXene chắc chắn là một trong những vật liệu mới nổi bắt mắt nhất trong những năm gần đây. Kể từ báo cáo đầu tiên của các nhà khoa học tại Đại học Drexel vào năm 2011, MXenes đã nhanh chóng thu hút sự chú ý của các nhà nghiên cứu trên khắp thế giới nhờ cấu trúc và đặc tính độc đáo của chúng. Các hợp chất hai chiều có nguồn gốc từ kim loại chuyển tiếp này được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như lưu trữ năng lượng, xúc tác và điện tử do tính dẫn điện tuyệt vời, tính chất cơ học tuyệt vời và tính chất hóa học bề mặt đa dạng.
Thật đáng kinh ngạc khi những vật liệu như MXenes đã chuyển đổi từ thành tựu nghiên cứu khoa học thành vật liệu sao với triển vọng ứng dụng không giới hạn chỉ trong mười năm.
Cấu trúc và tổng hợp MXene
MXen bao gồm các cacbua kim loại chuyển tiếp, nitrua hoặc cacbonitrua và thường xuất hiện ở dạng cấu trúc phân lớp. MXene được đặt tên dưới dạng Mn+1XnTx, trong đó M đại diện cho nguyên tố kim loại, X đại diện cho carbon hoặc nitơ và T đại diện cho nhóm kết thúc bề mặt. Cấu trúc này cho phép MXenes thể hiện tính dẫn điện và độ bền cơ học tốt.
MXenes chủ yếu được tổng hợp thông qua quá trình ăn mòn chọn lọc. Công nghệ tổng hợp này không chỉ có khả năng mở rộng mà còn duy trì được các đặc tính của vật liệu. Trong quá trình này, các nhà khoa học sử dụng dung dịch ăn mòn có chứa flo mạnh, chẳng hạn như axit hydrofluoric hoặc lithium clorua, để loại bỏ các nguyên tố lớp A ở giữa để chiết xuất MXenes. Gần đây, nhu cầu trong các lĩnh vực khác nhau như xử lý nước bẩn và y sinh đã tiếp tục thúc đẩy sự phát triển của các phương pháp tổng hợp MXenes.
Tính chất của MXene
Một trong những tính năng tuyệt vời nhất của MXenes là mật độ electron và đặc tính kim loại hóa cao, khiến chúng trở nên xuất sắc trong nhiều ứng dụng. Nghiên cứu cho thấy MXenes có thể hấp thụ và lưu trữ các ion một cách hiệu quả, đặc biệt cho thấy hiệu suất tuyệt vời trong pin lithium-ion và pin natri-ion. Ví dụ, Ti3C2 MXene hiệu quả hơn đáng kể so với các vật liệu truyền thống trong việc loại bỏ các ion và vẫn ổn định trong các môi trường khác nhau.
Nghiên cứu cho thấy Ti3C2 MXene thể hiện khả năng hấp phụ ion lên tới 100 lần trong thiết bị khử ion điện cực dòng, cho thấy tiềm năng kiểm soát ô nhiễm nước.
Các ứng dụng tiềm năng và triển vọng trong tương lai
MXene có nhiều ứng dụng tiềm năng, bao gồm pin, siêu tụ điện, xúc tác quang học, cảm biến khí và y sinh. Đặc biệt khi nói đến khả năng lưu trữ năng lượng điện, MXenes vượt trội hơn nhiều vật liệu truyền thống. Các nhà nghiên cứu đang khám phá việc sử dụng MXene trong các thiết bị điện tử và hệ thống năng lượng tiên tiến. Những ứng dụng này không chỉ giới hạn ở pin. Đặc tính có thể điều chỉnh và độ dẫn cao của chúng khiến chúng còn có triển vọng tốt trong lĩnh vực điện tử và quang điện tử.
Với sự hiểu biết sâu sắc hơn về quá trình tổng hợp và ứng dụng của MXene, nghiên cứu trong tương lai có thể sẽ mở ra nhiều lĩnh vực ứng dụng sáng tạo hơn, từ đó thay đổi lối sống của chúng ta.
Kết luận
Kể từ năm 2011, sự phát triển nhanh chóng của MXenes đã thu hút sự chú ý rộng rãi từ giới học thuật và ngành công nghiệp. Sự phát triển liên tục và khám phá ứng dụng của vật liệu này báo trước vô số cơ hội trong tương lai. Với sự tiến bộ không ngừng của công nghệ, liệu MXenes cuối cùng có thể vượt qua những hạn chế của vật liệu hiện có và trở thành vật liệu cốt lõi của kỷ nguyên khoa học công nghệ mới trong tương lai?
