Upchnęli 9 metali w jednym materiale. Pierwszy raz w historii
Naukowcom udało się połączyć aż 9 różnych metali w jednej strukturze. To coś, czego nikt nigdy dotąd nie zrobił. Osiągnięcie może odmienić przyszłość baterii i technologii wodorowych. A przyczynili się do tego Polacy.
Najnowsze badania przeprowadzone przez naukowców z Purdue University, Drexel University i Sieci Badawczej Łukasiewicza w Warszawie udowodniły, że można stworzyć materiały 2D, które zawierają aż 9 różnych metali.
Czym są MXenes i jak powstaje tak złożony materiał?
MXenes to stosunkowo młoda, lecz bardzo obiecująca rodzina materiałów 2D, które są kuzynami popularnego w wielu branżach grafenu. Od czasu powstania swojego pierwowzoru wszystkie różnią się swoim składem – nie są zbudowane wyłącznie z atomów węgla, lecz składają się z warstw metali oraz atomów węgla lub azotu. Ich właściwości przewodzące i możliwość rozpuszczania w wodzie sprawiają, że idealnie nadają się do zastosowań w elektronice, magazynowaniu energii, a nawet jako powłoki ochronne.
W przeciwieństwie do przygotowywania kanapki, gdzie kolejność składników zależy od preferencji kucharza, przy syntezie MXenes decyduje natura, a dokładniej termodynamika. Niektóre metale wręcz uwielbiają być na zewnątrz struktury, inne zaś chowają się do środka. Gdy liczba użytych pierwiastków jest mała, to wzorce te są przewidywalne. Jednak przy 7. i więcej metalach następuje przełom: porządek ustępuje miejsca chaosowi. Enthalpia, czyli dążenie do najniższej energii, przegrywa z entropią. Rośnie przypadkowość rozmieszczenia atomów.
To właśnie ten chaos pozwolił naukowcom na wprowadzenie metali, które wcześniej były trudne do zaimplementowania w MXenes. Chodzi m.in. o wolfram, hafn czy cyrkon. Co więcej, nowo uzyskane struktury okazały się zaskakująco stabilne i otwarte na dalszą funkcjonalizację, np. pod kątem produkcji zielonego wodoru czy ekranowania fal elektromagnetycznych.
Potencjalne zastosowania są naprawdę olbrzymie
Dlaczego badanie ma aż tak duże znaczenie? Przede wszystkim otwiera drogę do tworzenia zupełnie nowych klas materiałów, których właściwości nie da się dziś przewidzieć nawet przy użyciu zaawansowanych modeli komputerowych.
MXenes z dużą liczbą metali mogą pełnić funkcje katalizatorów i materiałów elektrodowych. Mogą posłużyć także w roli elastycznych odpornych na skrajne warunki środowiskowe powłoki przewodzące, które swoje zastosowanie będą mieć w misjach kosmicznych. Co istotne, takie materiały MXenes mogą działać w ekstremalnych warunkach, a także zwiększyć pojemność i żywotność akumulatorów do aut elektrycznych, dronów, satelitów czy urządzeń wojskowych.
Przeczytaj także:
Dzięki współpracy z polskim zespołem udało się nie tylko stworzyć materiał, ale też zbadać jego strukturę atom po atomie, warstwa po warstwie. Umożliwia to dalszy rozwój badań i otwiera pole do międzynarodowej rywalizacji o patentowanie przyszłych zastosowań.
*Grafika wprowadzająca wygenerowana przez AI
