Konstgjorda njurar, kraftfulla batterier och effektiv vattenrening är några av de framtida tillämpningarna av en grupp ultratunna material som kallas MXenes. Denna åsikt uttrycks i en artikel i tidskriften Vetenskap , vars författare inkluderar en från Linköpings universitet.

Material som har ett tvärsnitt så tunt som ett eller några lager av atomer har ovanliga egenskaper på grund av sin tjocklek. Dessa egenskaper kan vara hög elektrisk ledningsförmåga, hög hållfasthet eller förmåga att motstå värme, ger ultratunna material en stor potential för användning i framtida teknik. Det mest kända materialet är grafen, och jakten på andra ultratunna material, även känd som tvådimensionella material, har ökat i intensitet sedan upptäckten.

Grafen och många andra tvådimensionella material är antingen halvledare, halvmetaller eller polariserade isolatorer. Avsaknaden av en ultratunn metallledare är ett hinder i utvecklingen av komponenter baserade uteslutande på tvådimensionella material.

2011 upptäcktes en ny grupp av ultratunna material, och fått namnet MXenes. De består av en metall i kombination med antingen kol- eller kväveatomer. MXenes kompletterar andra ultratunna material genom att de är metalliska ledare, och öppna dörren till helt nya applikationer på nanometerskalan.

Johanna Rosén, professor vid institutionen för fysik, Kemi och biologi vid Linköpings universitet, tillsammans med kollegor från Drexel University i USA, har skrivit en artikel i Science som diskuterar framtiden för MXenes och det inflytande de förväntas ha.

"Det finns många tänkbara tillämpningar. De två som är närmast att förverkliga är effektiv energilagring, i form av batterier och superkondensatorer, och elektromagnetisk interferensskärmning. Men på lång sikt, vi kommer att kunna tillverka filter för luft- och vattenrening, antenner för nästa generations kommunikation, och många andra applikationer som vi inte har tänkt på ännu, säger Johanna Rosén.

Vidare, många MXener är biokompatibla (kompatibla med levande vävnad), giftfri och miljövänlig, vilket innebär att de studeras för möjliga tillämpningar inom biomedicin. En sådan tillämpning är bildandet av konstgjorda njurar, vilket skulle göra dialysbehandling (eller andra behandlingar där dialysmaskiner inte finns tillgängliga) onödiga.

Den första MXene som upptäcktes var titankarbid, Ti ₃ C ₂ . Nu, tio år senare, cirka 50 olika MXenes har utvecklats, många av dem vid Linköpings universitet. Dock, metoderna som används för att producera dem gör att de tillgängliga kombinationerna är nästan oändliga. Det betyder att det på sikt kan finnas tusentals MXener med olika skräddarsydda egenskaper.

"MXenes upptäcktes för bara tio år sedan, och forskningsfältet för att studera dem har vuxit extremt snabbt. Cirka 6, 600 vetenskapliga artiklar publiceras nu varje år. Men det finns fortfarande många egenskaper och applikationer som återstår att upptäcka, och som kan lösa många samtida utmaningar inom både teknik och medicin, säger Johanna Rosén.