I arbete som skulle kunna öppna en översvämning av framtida applikationer för en ny klass av nanomaterial som kallas MXenes (uttalas "Maxines"), forskare från Texas A&M University har upptäckt en enkel, billigt sätt att förhindra materialets snabba nedbrytning.

Tvådimensionella MXene-nanoskikt har löften i applikationer som sträcker sig från energilagring till vattenrening. Dock, MXenes har en akilleshäl:de försämras snabbt när de hålls öppna.

Enligt Texas A&M -teamet lösningen på detta problem innebär att MXenes utsätts för allt i en familj av föreningar som bäst representeras av ett naturligt kosttillskott som vitamin C.

"Med dessa fynd, hyllstabila MXener blir möjliga och MXene-baserade material av ingenjörsklass kan bli en praktisk verklighet, "skrev forskarna i en tidning för det kommande numret av onlinejournalen Materia .

Intressanta fastigheter

Upptäcktes 2011 av ett team vid Drexel University, MXener är materialark som bara är några få atomer tjocka och som mest består av lager av metaller som titan som är sammanflätat av kol och/eller kväve.

På grund av deras nanotjocklek och de olika elementen de kan bestå av (andra nanomaterial som grafen innehåller endast kol), "dessa material tenderar att ha riktigt intressanta egenskaper, som hög elektrisk konduktivitet och hög katalytisk aktivitet, "sa Dr Micah Green, en docent som ledde arbetet och har gemensamma utnämningar på Artie McFerrin Department of Chemical Engineering och Institutionen för materialvetenskap och teknik vid Texas A&M.

Som ett resultat av dessa egenskaper, MXenes har genererat ett stort intresse och entusiasm i forskarsamhället med potentiella tillämpningar inom allt från batterier till elektroniska sensorer.

"Men det har varit ett problem som lurar i bakgrunden, "sa Green. MXenes försämras, eller oxidera, snabbt. "De faller isär och slutar vara nanoskikt. Detta händer på några dagar."

Även om andra forskare har funnit att tekniker som torkning eller frysning av MXener kan fördröja deras nedbrytning, "De kommer fortfarande inte att hålla i år, "sa han." Och ingen vill ha ett material som inte har lång hållbarhet. "

Texas A&M hanterade problemet genom ett tvärvetenskapligt team av experter på nanomaterial, keramik och polymerer.

De andra fakultetsmedlemmarna som är involverade i arbetet är Dr Miladin Radovic, professor vid institutionen för materialvetenskap och teknik, och Dr Jodie Lutkenhaus, docent vid Institutionen för materialvetenskap och teknik och Institutionen för kemiteknik.

Mot en lösning

Teamet fann slutligen att exponering av en typisk MXene för en lösning av natrium-L-askorbat hindrade nanoskiktet från att försämras. Plus, flera relaterade föreningar, inklusive C -vitamin, fungerade också. Enligt Green, effekten varar. Han noterade också att teamet gjorde upptäckten för ungefär ett år sedan och de behandlade MXenerna är fortfarande stabila.

För att ytterligare undersöka fenomenet som leder till förbättrad stabilitet, laget genomförde molekylära dynamiksimuleringar av interaktionerna mellan MXenerna och antioxidanterna. De fann att askorbatmolekylerna verkar associera med MXene -nanoskiktet, förhindra att den interagerar med vattenmolekyler och som ett resultat, skyddar den från oxidation.

Teamet är glada eftersom deras "metod verkar fungera med en mängd olika MXener, Sa Green Materia papper fokuserar på den vanligaste MXene (Ti3C2Tx), men andra typer av MXener är ännu mer instabila. Så mycket att "människor har tvivlat på om dessa material någonsin kan hitta applikationer. Med denna teknik, det kan förändras. "Forskarna undersöker för närvarande stabiliteten hos dessa ytterligare MXener med samma metod.

"Vår förhoppning är att alla som arbetar med MXenes, inklusive människor inom industrin, kommer att använda vår teknik för att skydda deras material, sa Green.