Finns det något MXene -material inte kan göra?

Sedan upptäckten av en stor ny familj av tvådimensionella material av forskare vid Drexel University 2011, fortsatt prospektering har avslöjat deras exceptionella förmåga att lagra energi, blockera elektromagnetisk störning, rena vatten och till och med avvärja bakterier. Och, som ny forskning nu antyder, MXenes är också mycket hållbara - det starkaste materialet i sitt slag, enligt en ny studie i tidskriften Vetenskapliga framsteg .

Fyndet, presenterad av forskare vid Drexel och University of Nebraska-Lincoln, visar att MXenes rankar det högsta bland tvådimensionella material som produceras genom lösningsbearbetning-standardmetoden för att göra skalbar, praktiskt användbara material i labbet - i ett mått som kallas "elastisk modul".

I en sida-vid-sida-jämförelse med grafenoxid eller reducerad grafenoxid, lovande nya material som redan används för att ge gummi och polymerer styrka, en fling av MXene -titankarbiden visade sig vara cirka 50 procent styvare.

Detta hållfasthetstest utförs genom att placera ett enda ark av ett material över en testyta av kiselskiva med hål. Då petar en skarp spets av ett atomkraftmikroskop materialet, gör ett inslag. När detta händer, sonden mäter också kraften som krävs för att göra indraget - vilket bestämmer materialets styrka och elastiska modul. Teamet upprepade testet 36 gånger och fann att materialets modul var den högsta som registrerats för ett lösningsbehandlat material och kan jämföras med de starkaste materialmembranen som för närvarande är kända för forskare:ren grafen och molybdendisulfid.

"Detta arbete öppnar vägen för att studera de mekaniska egenskaperna hos monoskikt i andra MXener och utökar det redan breda utbudet av MXenes applikationer, "sa Yury Gogotsi, Ph.D., Framstående universitet och Bachprofessor vid tekniska högskolan, som var huvudförfattare till forskningen.

Även om resultaten inte var direkt oväntade-forskare har anekdotiskt noterat styrkan hos MXene i labbet under åren-har det tagit lite tid att formellt samla in dessa data på grund av utmaningarna med att skapa tillräckligt stora enkellagsprover av materialet och mekaniskt testa arken som bara är få atomer tjocka.

Men Drexel -forskare har nu förbättrat sin förmåga att producera större flingor av titankarbid MXene. Och genom samarbete med teamet från Nebraska, kunde utföra testet med ett atomkraftmikroskop för att bestämma deras styrka.

Den senaste forskningen pekade på grafen som det starkaste tvådimensionella materialet, när det gäller modul, så det var relevant för laget att mäta en MXene mot den bearbetade versionen av grafen - grafenoxid. De rapporterar inte bara att MXene är starkare, forskarna visade också att medan en grafenfilm bryts katastrofalt när indragaren petar ett hål i filmen, MXene gör inte det.

Upptäckten av MXenes överlägsna mekaniska egenskaper tyder på att det kan vara en användbar tillsats till strukturella kompositer, såsom glasfiber. Det kan också användas i skyddande beläggningar och membran, som ett sätt att öka deras hållbarhet. Och med cirka 30 MXener redan producerade, det finns en god chans att hitta ännu starkare sorter än titankarbiden som testats i denna studie.

"Att känna till de mekaniska egenskaperna hos enarket MXene är helt avgörande för att utveckla superstarka, hårda och hårda kompositmaterial, "Gogotsi sa." Nästa steg för MXenes blir att lägga till dem i polymerer, metaller och keramik för att se hur deras egenskaper kan förbättras. Till exempel, tillsats av titankarbid till keramik och polymerer kan öka deras mekaniska hållfasthet och konduktivitet samtidigt - dessa kompositer kan användas för strukturella tillämpningar, elektromagnetisk skärmning och många andra ändamål. "