MAX-fasen worden gezien als veelbelovende materialen voor de toekomst, bijvoorbeeld, in de macht, lucht- en ruimtevaartindustrie en medische implantaten. Een nieuwe methode ontwikkeld door wetenschappers van Forschungszentrum Jülich maakt het nu mogelijk om deze materiaalklasse voor het eerst op industriële schaal te produceren. Ze melden dat een zoutkorst de grondstof beschermt tegen oxidatie bij een productietemperatuur van meer dan 1, 000 graden Celsius - en kan dan eenvoudig met water worden afgewassen. De methode, die onlangs in het tijdschrift werd gepubliceerd Natuurmaterialen , kan ook worden toegepast op andere hoogwaardige materialen.

MAX-fasen verenigen de positieve eigenschappen van keramiek en metalen. Ze zijn hittebestendig en licht van gewicht zoals keramiek, maar minder broos, en kan plastisch worden vervormd zoals metalen. Verder, ze vormen de materiële basis van MXenes, een grotendeels onontgonnen klasse van verbindingen die vergelijkbaar zijn met grafeen en buitengewone elektronische eigenschappen hebben.

"Vroeger, er was geen geschikte methode om MAX-fasen in poedervorm te produceren, wat voordelig zou zijn voor verdere industriële verwerking. Dit is de reden waarom MAX-fasen tot nu toe geen praktische rol hebben gespeeld in industriële toepassingen, " legt Junior Professor Dr. Jesus Gonzalez-Julian uit, groepsleider jonge onderzoekers bij Forschungszentrum Jülich.

De zoutstrategie

MAX-fasen worden geproduceerd bij temperaturen hoger dan 1, 000 graden Celsius. Bij zulke hoge temperaturen de materialen zouden normaal reageren met zuurstof uit de lucht en oxideren, daarom worden ze meestal geproduceerd in een vacuüm of in een beschermende atmosfeer van argon. De Jülich-methode is in vergelijking verbazingwekkend eenvoudig:de onderzoekers kapselen de grondstof in met een zout, kaliumbromide, die tijdens het productieproces smelt. Een vacuüm- of argonatmosfeer voor extra bescherming is niet meer nodig.

"Een bad met gesmolten zout beschermt dus het materiaal en voorkomt dat het in contact komt met zuurstof uit de lucht, " legt Apurv Dash uit, hoofdauteur van de studie gepubliceerd in Natuurmaterialen en doctoraal onderzoeker bij Forschungszentrum Jülich.

Tegelijkertijd, het zout werkt als scheidingsmiddel. De componenten hechten niet langer aan elkaar om een ​​compacte vaste stof te vormen, en de directe productie van fijnkorrelige poeders mogelijk te maken. Dit is belangrijk omdat het een extra lange, energie-intensief maalproces. Als positieve bijwerking het zoutbad verlaagt ook de synthesetemperatuur die nodig is om de gewenste verbinding te vormen, wat bovendien de energie- en productiekosten zal verlagen.

Met alleen zout en water

Methoden waarbij gesmolten zout wordt gebruikt, worden al geruime tijd gebruikt voor de poederproductie van niet-oxide-keramiek. Echter, ze vereisen een beschermende argonatmosfeer in plaats van atmosferische lucht, wat zowel de complexiteit als de productiekosten verhoogt.

"Kaliumbromide, het zout dat we gebruiken, is speciaal omdat wanneer onder druk, het wordt volledig ondoordringbaar bij kamertemperatuur. "We hebben nu aangetoond dat het voldoende is om de grondstoffen stevig genoeg in te kapselen in een zoutkorrel om contact met zuurstof te voorkomen - nog voordat het smeltpunt van het zout bij 735 graden Celsius is bereikt. Een beschermende atmosfeer is dus niet meer nodig, " legt Apurv Dash uit.

Zoals met veel wetenschappelijke ontdekkingen, een beetje geluk speelde een rol bij de ontwikkeling van de methode - vacuümovens zijn schaars omdat ze zo duur zijn en veel moeite kosten om schoon te maken. Om zijn poeder te produceren, de Jülich-doctoraatsonderzoeker nam daarom zijn toevlucht tot het succesvol testen van een normale luchtoven.

De nieuwe methode is niet beperkt tot dit materiaal. De onderzoekers hebben al een groot aantal MAX-fasen en andere hoogwaardige materialen geproduceerd, zoals titaniumlegeringen voor bio-implantaten en vliegtuigbouw. Volgende, de wetenschappers gaan industriële processen onderzoeken waarmee deze poeders verder kunnen worden verwerkt.