MXene, ontwikkeld in 2011, is een tweedimensionaal nanomateriaal met afwisselende metaal- en koolstoflagen, dat een hoge elektrische geleidbaarheid heeft en kan worden gecombineerd met verschillende metaalverbindingen, waardoor het een materiaal is dat kan worden gebruikt in verschillende industrieën, zoals halfgeleiders, elektronische apparaten, en sensoren.

Om MXene goed te kunnen gebruiken, is het belangrijk om het type en de hoeveelheid moleculen te kennen die op het oppervlak bedekt zijn, en als de moleculen die op het oppervlak bedekt zijn fluor zijn, neemt de elektrische geleidbaarheid af en neemt de efficiëntie van de afscherming van elektromagnetische golven af. Omdat het echter slechts 1 nm dik is, duurt het enkele dagen om de moleculen op het oppervlak te analyseren, zelfs met een hoogwaardige elektronenmicroscoop, waardoor massaproductie tot nu toe onmogelijk was.

Het onderzoeksteam onder leiding van Seung-Cheol Lee, directeur van het Indo-Korea Science and Technology Center (IKST) van het Korea Institute of Science and Technology (KIST), heeft een methode ontwikkeld om de verdeling van moleculen op het oppervlak te voorspellen met behulp van de magnetoweerstandseigenschap van MXene. Het artikel is gepubliceerd in het tijdschrift Nanoscale .

Door gebruik te maken van deze methode is het mogelijk om met een eenvoudige meting de moleculaire distributie van MXene te meten, waardoor kwaliteitscontrole in het productieproces mogelijk wordt, wat naar verwachting de weg zal openen naar massaproductie die voorheen niet mogelijk was.

Het onderzoeksteam ontwikkelde een tweedimensionaal voorspellingsprogramma voor materiaaleigenschappen, gebaseerd op het idee dat de elektrische geleidbaarheid of magnetische eigenschappen veranderen afhankelijk van de moleculen die aan het oppervlak zijn bevestigd. Ze berekenden de magnetische transporteigenschappen van MXene en slaagden erin het type en de hoeveelheid moleculen te analyseren die aan het oppervlak van MXene zijn geadsorbeerd bij atmosferische druk en kamertemperatuur, zonder enige extra apparatuur.

Door het oppervlak van MXene te analyseren met het ontwikkelde eigenschapsvoorspellingsprogramma, werd voorspeld dat de Hall-verstrooiingsfactor, die het magnetische transport beïnvloedt, dramatisch verandert, afhankelijk van het type oppervlaktemoleculen.

De Hall Scattering Factor is een fysieke constante die de ladingsdragende eigenschappen van halfgeleidermaterialen beschrijft, en het team ontdekte dat zelfs wanneer hetzelfde MXene werd bereid, de Hall Scattering Factor een waarde had van 2,49, de hoogste voor fluor, en 0,5 voor zuurstof. , en 1 voor hydroxide, waardoor ze de verdeling van de moleculen kunnen analyseren.

De Hall-verstrooiingscoëfficiënt heeft verschillende toepassingen op basis van de waarde 1. Als de waarde lager is dan 1, kan deze worden toegepast op krachtige transistors, hoogfrequente generatoren, hoogrendementsensoren en fotodetectoren, en als de waarde hoger dan 1, kan het worden toegepast op thermo-elektrische materialen en magnetische sensoren. Aangezien de grootte van de MXene enkele nanometers of minder bedraagt, kunnen de grootte van het betreffende apparaat en de benodigde hoeveelheid stroom dramatisch worden verminderd.

"In tegenstelling tot eerdere onderzoeken die zich richtten op de productie en eigenschappen van puur MXene, is deze studie significant omdat het een nieuwe methode biedt voor moleculaire oppervlakteanalyse om gefabriceerd MXene gemakkelijk te classificeren", zegt Seung-Cheol Lee, directeur van IKIST. "Door dit resultaat te combineren met experimentele studies verwachten we het productieproces van MXene onder controle te kunnen houden, dat zal worden gebruikt voor de massaproductie van MXene met uniforme kwaliteit."

IKST is opgericht in 2010 en doet onderzoek op het gebied van theorie, broncode en software voor computationele wetenschap. De broncode is met name een programmeertaal die algoritmen implementeert die kunnen worden gemodelleerd en gesimuleerd, en wordt beschouwd als een origineel onderzoek op het gebied van computationele wetenschappen. Het centrum voert gezamenlijk onderzoek uit met Indiase universiteiten en onderzoeksinstituten zoals IIT Bombay om broncode.

Meer informatie: Namitha Anna Koshi et al., Kunnen magnetotransporteigenschappen inzicht verschaffen in de functionele groepen in halfgeleidende MXenen?, Nanoschaal (2023). DOI:10.1039/D2NR06409J

Journaalinformatie: Nanoschaal

Geleverd door de National Research Council of Science &Technology