MXene chín kim loại phá vỡ giới hạn thiết kế vật liệu nano 2D

Các nhà khoa học tại Đại học Purdue đã đạt được một bước đột phá trong vật liệu nano hai chiều (2D) bằng cách tổng hợp MXene—các tấm siêu mỏng chỉ dày vài nanomet—bao gồm tới chín kim loại chuyển tiếp khác nhau. Đây là một tiến bộ đáng kể so với các thiết kế MXene trước đây, vốn thường chỉ sử dụng ít kim loại hơn. Bằng cách tạo ra gần 40 vật liệu lớp với các kết hợp kim loại khác nhau, các nhà nghiên cứu đã khám phá cách mà entropy (xu hướng rối loạn nguyên tử) cạnh tranh với enthalpy (xu hướng sắp xếp nguyên tử có trật tự) trong các cấu trúc phức tạp này. Họ phát hiện ra rằng trong khi MXene với ít kim loại có xu hướng tạo thành các lớp có trật tự, những loại có đa dạng kim loại cao hơn lại thể hiện các pha “entropy cao” đặc trưng bởi sự rối loạn nguyên tử, một sự chuyển đổi quan trọng để thiết kế vật liệu ổn định trong điều kiện khắc nghiệt. Nhóm nghiên cứu đầu tiên tổng hợp các pha “cha mẹ” MAX dạng lớp trước khi chuyển đổi chúng thành MXene để nghiên cứu các tính chất bề mặt và điện tử, liên kết sự chuyển đổi trật tự-rối loạn nguyên tử với hành vi chức năng. Hiểu biết này mở rộng gia đình vật liệu 2D và tiềm năng ứng dụng của chúng trong các môi trường đòi hỏi cao như vậy.