In werk dat een sluisdeur zou kunnen openen voor toekomstige toepassingen voor een nieuwe klasse nanomaterialen die bekend staat als MXenes (uitgesproken als "Maxines"), onderzoekers van de Texas A&M University hebben een eenvoudige, goedkope manier om snelle degradatie van de materialen te voorkomen.

Tweedimensionale MXene-nanobladen zijn veelbelovend in toepassingen variërend van energieopslag tot waterzuivering. Echter, MXenen hebben een achilleshiel:ze worden snel afgebroken als ze in de open lucht worden gehouden.

Volgens het Texas A&M-team, de oplossing voor dit probleem houdt in dat MXenen worden blootgesteld aan alles in een familie van verbindingen die het best worden vertegenwoordigd door een natuurlijk voedingssupplement zoals vitamine C.

"Met deze bevindingen houdbare MXenes worden mogelijk en op MXene gebaseerde materialen van technische kwaliteit kunnen een praktische realiteit worden, " schreven de onderzoekers in een paper voor het komende nummer van het online tijdschrift Materie .

Interessante eigenschappen

Ontdekt in 2011 door een team van Drexel University, MXenen zijn platen van materialen van slechts enkele atomen dik die meestal zijn samengesteld uit lagen van metalen zoals titanium met daartussen koolstof en/of stikstof.

Vanwege hun nanodikte en de verscheidenheid aan elementen waaruit ze kunnen bestaan ​​(andere nanomaterialen zoals grafeen bevatten alleen koolstof), "deze materialen hebben vaak heel interessante eigenschappen, zoals hoge elektrische geleidbaarheid en hoge katalytische activiteit, " zei Dr. Micah Green, een universitair hoofddocent die het werk leidde en gezamenlijke benoemingen heeft bij de Artie McFerrin-afdeling van Chemical Engineering en de afdeling Materials Science and Engineering van Texas A&M.

Als gevolg van die eigenschappen, MXenes hebben veel interesse en enthousiasme gegenereerd in de onderzoeksgemeenschap met mogelijke toepassingen in alles, van batterijen tot elektronische sensoren.

"Maar er is een probleem op de loer op de achtergrond, " zei Green. MXenen degraderen, of oxideren, snel. "Ze vallen uit elkaar en zijn geen nanosheets meer. Dit gebeurt in een kwestie van dagen."

Hoewel andere onderzoekers hebben ontdekt dat technieken zoals het drogen of invriezen van MXenen hun afbraak kunnen vertragen, "Ze gaan nog steeds geen jaren mee, "zei hij. "En niemand wil een materiaal dat niet lang houdbaar is."

Texas A&M pakte het probleem aan via een interdisciplinair team van experts op het gebied van nanomaterialen, keramiek en polymeren.

De andere faculteitsleden die bij het werk betrokken zijn, zijn Dr. Miladin Radovic, hoogleraar bij de afdeling Materials Science and Engineering, en Dr. Jodie Lutkenhaus, universitair hoofddocent bij de afdeling Materials Science and Engineering en de afdeling Chemical Engineering.

Op weg naar een oplossing

Het team ontdekte uiteindelijk dat het blootstellen van een typische MXene aan een oplossing van natrium-L-ascorbaat de degradatie van de nanosheet verhinderde. Plus, verschillende verwante verbindingen, inclusief vitamine C, werkte ook. Volgens Groen, het effect houdt aan. Hij merkte ook op dat het team de ontdekking ongeveer een jaar geleden deed en dat de behandelde MXenen nog steeds stabiel zijn.

Om het fenomeen dat leidt tot de verbeterde stabiliteit verder te onderzoeken, het team voltooide moleculaire dynamische simulaties van de interacties tussen de MXenen en de antioxidanten. Ze ontdekten dat de ascorbaatmoleculen lijken te associëren met de MXene nanosheet, voorkomen dat het interageert met watermoleculen en als gevolg daarvan, beschermen tegen oxidatie.

Het team is enthousiast omdat hun "methode lijkt te werken met een verscheidenheid aan verschillende MXenen, " zei Green. De Materie paper richt zich op de meest voorkomende MXene (Ti3C2Tx), maar andere soorten MXenen zijn nog onstabieler. Zozeer zelfs dat "mensen hebben getwijfeld of die materialen ooit toepassingen zouden kunnen vinden. Met deze techniek, dat zou kunnen veranderen." De onderzoekers onderzoeken momenteel de stabiliteit van deze extra MXenen met dezelfde aanpak.

"We hopen dat iedereen die aan MXenes werkt, inclusief mensen in de industrie, zullen onze techniek gebruiken om hun materialen te beschermen, " zei Groen.