科学家们发现了为新技术制造原子级薄金属层的简单方法

制作完美羊角面包的秘诀在于层数——尽可能多，每一层都点缀着黄油。同样，一种有望用于新应用的新材料由许多极薄的金属层组成，科学家可以在这些金属层之间滑动不同的离子用于各种目的。这使得它们可能对未来的高科技电子产品或能量存储非常有用。

直到最近，这些被称为MXenes，发音为“max-eens”的材料与法国面包店制作的优质羊角面包一样需要大量劳动。

但是，芝加哥大学的科学家们的一项新突破展示了如何更快、更轻松地制造这些MXenes，同时产生更少的有毒副产物。

研究人员希望3月23日发表在《科学》杂志上的这一发现能够激发新的创新，并为在日常电子产品和设备中使用MXenes铺平道路。

原子经济

当它们在2011年被发现时，MXenes让很多科学家非常兴奋。通常，当你削去金或钛等金属来制造原子级薄片时，它就不再像金属那样表现了。但MXenes中异常强大的化学键使它们能够保留金属的特殊能力，比如强烈导电。

它们也很容易定制：“例如，你可以将离子放在层之间以使用它们来储存能量，”化学研究生DiWang说，他是该论文的共同第一作者以及博士后学者ChenkunZhou。

所有这些优势都可以使MXenes对于构建新设备非常有用——例如，用于存储电能或阻止电磁波干扰。

然而，我们知道制造MXenes的唯一方法涉及几个密集的化学工程步骤，包括将混合物加热到3,000°F，然后在氢氟酸中浸泡。

ErnestDeWitt的德米特里·塔拉平(DmitriTalapin)解释说：“如果您在实验室中制作几克用于实验，这很好，但如果您想大量用于商业产品，这将成为一个主要的腐蚀性废物处理问题。”芝加哥大学伯顿杰出化学教授，阿贡国家实验室联合任命者，论文通讯作者。

为了设计一种更有效、毒性更小的方法，该团队使用了化学原理——尤其是“原子经济”，它试图最大限度地减少反应过程中浪费的原子数量。

UChicago团队发现了新的化学反应，使科学家能够在不使用氢氟酸的情况下使用简单且廉价的前体制造MXenes。它仅包含一个步骤：将多种化学品与您希望制作多层的任何金属混合，然后将混合物加热至1,700°F。“然后你打开它，它们就在那里，”王说。

这种更简单、毒性更小的方法为科学家们开辟了新途径，可以为不同的应用创造和探索新品种的MXenes——例如不同的金属合金或不同的离子调味剂。该团队用钛和锆金属测试了该方法，但他们认为该技术也可用于许多其他不同的组合。

“这些新的MXenes在视觉上也很漂亮，”Wang补充道。“它们像花朵一样直立——这甚至可能使它们更适合反应，因为边缘暴露在外，离子和分子可以在金属层之间移动。”

研究生WoojeCho也是该论文的合著者。芝加哥大学各部门同事的帮助使这项探索成为可能，其中包括理论化学家SuriVaikuntanathan、X射线研究设施主任AlexanderFilatov以及普利兹克分子工程学院的电化学家ChongLiu和MingzhanWang。伊利诺伊大学芝加哥分校的RobertKlie和FranciscoLagunas进行了电子显微镜检查。

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