Revoluce v syntéze MXenů: Bezpečnější metoda z TU Wien

Revoluce v výrobě MXenů: Bezpečnější cesta z TU Wien

Průkopnický tým z Technické univerzity ve Vídni (TU Wien), ve spolupráci s CEST a AC2T, představil inovativní metodu výroby MXenů – dvourozměrných materiálů s výjimečným technologickým potenciálem. Nový proces se vyhýbá nebezpečným látkám, jako je kyselina fluorovodíková, a zároveň otevírá cestu k efektivní a bezpečné výrobě MXenů ve velkém měřítku. Tento průlom představuje důležitý milník v oblasti pokročilých materiálů a nanotechnologií.

Proč jsou MXeny označovány za ‚zázračný materiál‘?

MXeny tvoří skupinu extrémně tenkých materiálů, jejichž jednotlivé vrstvy mají tloušťku pouze jednoho atomu. Skládají se převážně z titanu a uhlíku a díky své unikátní struktuře vykazují vlastnosti nedosažitelné u běžných materiálů stejných prvků. MXeny tak stojí v popředí výzkumu nových typů baterií, vysoce citlivých senzorů, stínění před elektromagnetickým rušením (EMI) i vysoce výkonných pevných maziv využitelných dokonce v kosmickém průmyslu. Široká škála možností použití v energetice a technice jim zajistila pověst skutečně „zázračného materiálu“ v oblasti nanoinženýrství.

Vlastnosti produktu a srovnávací výhody

Klasická syntéza MXenů vychází z prekurzoru MAX fází složených ze střídajících se vrstev titanu, uhlíku a hliníku. Dosud bylo třeba pro odstranění vrstvy hliníku aplikovat kyselinu fluorovodíkovou – vysoce toxickou a obtížně bezpečně manipulovatelnou látku. Právě otázky bezpečnosti a složitá likvidace odpadů dlouhodobě bránily rozšíření průmyslové výroby MXenů.

Naopak nová metoda TU Wien využívá elektrochemii a bezpečnější chemické složení, konkrétně směs tetrafluoroboritan sodný a kyselina chlorovodíková (NaBF₄/HCl). Místo konstantního proudu je proces řízen krátkými pulsy napětí (tzv. katodické pulzování). Tyto impulzy vytvářejí drobné bublinky vodíku, které průběžně aktivují a čistí povrch, což významně zvyšuje účinnost i selektivitu při odstraňování hliníkové vrstvy z MAX fáze. Podle Pierluigiho Bilotta z Ústavu konstrukce strojů TU Wien řízené napětí přesně odstraňuje pouze atomy hliníku, čímž vznikají mimořádně čisté elektrochemické MXeny (EC-MXeny).

Efektivita, výtěžnost a kontrola kvality

Tato inovativní technologie dosahuje až 60% výtěžnosti vysoce kvalitních EC-MXenů v průběhu jediného cyklu bez vzniku nebezpečných vedlejších produktů. Výzkumný tým ověřil čistotu a strukturu materiálu pokročilými analytickými metodami, jako jsou SEM/EDX pro mapování prvků, XPS a LEIS pro povrchovou chemii, i AFM, TEM, Ramanova spektroskopie a RTG difrakce pro detailní charakterizaci atomového uspořádání a rozměrů MXenů.

Pulzní elektrochemická syntéza nejen zjednodušuje výrobu MXenů, ale zároveň značně zvyšuje jejich čistotu a ochranu povrchu před kontaminací. Tento výrazný posun v účinnosti a kvalitě znamená nový standard ve výrobě dvourozměrných materiálů bez zvýšené míry rizika.

Tržní dopad a budoucí využití

Díky svému vynikajícímu vedení elektřiny, odolnosti a mazacím schopnostem mají MXeny potenciál proměnit průmyslová odvětví, jako jsou akumulace energie, flexibilní elektronika, letecké inženýrství a pokročilé povrchové úpravy. Zjednodušení a bezpečnost nové elektrochemické metody může urychlit přechod MXenových technologií z laboratoří do masové výroby, což otevírá nové možnosti v oblasti čisté energie, chytrých senzorů i průmyslových maziv.

Jak podotýká Pierluigi Bilotto: „Naším cílem je, aby syntéza MXenů byla tak bezpečná a jednoduchá, že by ji šlo provádět i v běžné kuchyni. A jsme tomu blíž než kdykoliv předtím.“

Tento pokrok nejen posiluje udržitelnost a škálovatelnost výroby MXenů, ale také potvrzuje jejich rostoucí význam na globálním trhu s moderními technologickými materiály.