나노기술 응용분야를 위한 MXene의 잠재력
네브래스카 대학-링컨 재료 과학자들이 이끄는 연구팀은 많은 나노기술 응용 가능성을 갖고 빠르게 성장하는 2차원 재료 제품군인 MXenes의 물리적 특성을 조사하고 있습니다.
팀의 작업은 다양한 영역에서 중요한 용도로 사용되지만 MXene("maxenes"로 발음)에 비해 몇 가지 단점을 보이는 또 다른 2D 재료 제품군인 그래핀에 대한 약 20년 간의 연구를 기반으로 합니다.
MXene은 원자적으로 얇은 전이 금속 탄화물, 질화물 또는 탄질화물 층으로 만들어집니다. 이는 MAX 단계라고 불리는 것에서 유래합니다. 그 이름은 그 특징적인 구성 요소를 설명합니다. 티타늄이나 크롬과 같은 전이 금속인 "M"; 알루미늄과 같은 "A" 원소; 그리고 "X"는 탄소나 질소 원자를 나타냅니다. 구성 요소는 계층 구조로 포장됩니다. MXene을 합성하기 위해 화학자들은 산성 용액을 사용하여 "A" 원소 층을 식각하고 다른 층은 그대로 두었습니다. 이는 상대적으로 간단하고 수율이 높은 기술입니다.
"M"과 "X" 요소의 다양한 조합을 가진 수십 개의 MXene이 합성되었습니다. 네브라스카 팀은 크롬, 티타늄 및 탄소 원자를 포함하는 소규모 연구 버전에 중점을 두었다고 화학 교수이자 수석 연구원인 Alexander Sinitskii가 말했습니다.
"이 분야는 빠르게 성장하고 있습니다"라고 Sinitskii는 말했습니다.
MXene은 에너지 저장, 물 정화, 전자기 간섭 방지, 생체 의학 응용 등에 유용한 것으로 입증되었습니다.
네브래스카 재료 및 나노과학 센터에 소속되어 있는 시니츠키에 따르면, 이러한 물질의 유용성에 대한 핵심 요소는 화학적, 구조적 다양성, 그리고 확장성 및 가공성이라고 합니다. 이 센터는 네브래스카 대학 4개 캠퍼스 중 3개 캠퍼스의 연구 전문 지식을 활용하는 국가적으로 인정받는 우수 센터입니다.
MXene은 표면적이 크고 쉽게 조정할 수 있습니다. 그들은 또한 빛에 강한 반응을 보이며 산소와 수산기로 끝나는 표면으로 인해 친수성(물에 끌림)을 갖습니다.
Sinitskii 팀은 크롬과 티타늄을 함유한 MXene이 "다른 것에서는 볼 수 없는 특정 특성 세트"를 가지고 있음을 발견했습니다. 다른 MXene 물질에 대한 네브라스카 팀의 이전 연구에서는 n형(전자가 풍부한) 특성과 빛에 반응하여 전도성이 감소하는 것으로 나타났습니다. 대조적으로, 새로운 물질은 p형(전자 결핍) 특성이 입증되고 조명 하에서 전도성이 증가하는 최초의 MXene입니다.
"이것은 MXenes의 매우 특이한 특성입니다"라고 Sinitskii는 말했습니다. "많은 전자 응용 분야에서는 n형과 p형 재료가 모두 필요하며 조합하여 사용됩니다. 이전에 연구된 MXene은 모두 n형이었지만 이제 우리는 최초의 p형 MXene을 시연합니다. 이는 보완적인 MXene이 있는 복잡한 구조를 가능하게 합니다. 새로운 전자 기능을 달성하기 위해 함께 사용됩니다."
그의 팀은 또한 이전에 사용 가능했던 것보다 더 크고 더 균일한 크롬/티타늄 카바이드 MXene 플레이크를 생산할 수 있었으며 이를 통해 연구 및 사용이 더 쉬워졌습니다.
이 팀의 연구는 10월 1일자 저널 ' 매터(Matter)' 에 게재됐습니다 .
다른 Husker 저자로는 화학과 박사후 연구원인 Saman Bagheri; Michael J. Loes, 대학원생, 화학; Haidong Lu, 물리학 및 천문학 연구 조교수; Rashmeet Khurana, 대학원생, 화학; Md. Ibrahim Kholil, 대학원생, 화학; 물리학 및 천문학 마하 교수인 Alexei Gruverman도 있습니다. 사우스다코타 광산 및 기술 학교 출신의 공동 저자는 Alexey Lipatov, Khimananda Acharya 및 Tula R. Paudel입니다.
출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/10/241028164426.htm
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