나노 컷 앤 소우(Nano cut-and-sew): 계층화된 나노 물질을 화학적으로 조정하는 새로운 방법은 필요에 따라 2D 물질을

[아름이]

나노 컷 앤 소우(Nano cut-and-sew): 계층화된 나노 물질을 화학적으로 조정하는 새로운 방법은 필요에 따라 2D 물질을 설계하는 경로를 열 수 있습니다.
날짜:
2023년 3월 16일
원천:
드렉셀 대학교
요약:
과학자들이 마치 재단사가 옷을 갈아입는 것처럼 나노 수준의 2차원 물질 층을 화학적으로 절단하고 꿰맬 수 있는 새로운 프로세스는 지속 가능한 에너지 미래의 기술을 설계하기 위한 도구일 수 있습니다. 연구원들은 매우 특이한 구성과 뛰어난 특성을 가진 새로운 재료를 생산할 수 있는 잠재력을 가진 MAX 상 및 MXenes라고 하는 층상 재료를 구조적으로 분할, 편집 및 재구성하는 방법을 개발했습니다.

전체 이야기
과학자들이 마치 재단사가 옷을 갈아입는 것처럼 나노 수준의 2차원 물질 층을 화학적으로 절단하고 꿰맬 수 있는 새로운 프로세스는 지속 가능한 에너지 미래의 기술을 설계하기 위한 도구일 수 있습니다. Drexel University, 중국 및 스웨덴의 연구원들은 매우 특이한 구성과 뛰어난 특성을 가진 새로운 재료를 생산할 수 있는 잠재력을 가진 MAX 상 및 MXenes라고 하는 층상 재료를 구조적으로 분할, 편집 및 재구성하는 방법을 개발했습니다.

"화학 가위"는 화학 결합을 끊기 위해 특정 화합물과 반응하도록 설계된 화학 물질입니다. 유기 분자의 탄소-수소 결합을 끊도록 설계된 원래의 화학 가위 세트는 10년 전에 보고되었습니다. 최근 사이언스(Science) 에 발표된 논문에서 국제 팀은 단일 원자 평면 내에서 원자 결합을 끊은 다음 새로운 요소를 대체하는 방식으로 매우 강하고 안정적인 층상 나노 물질을 절단할 수 있도록 가위를 날카롭게 하는 방법에 대해 보고했습니다. 단일 화학적 "조각"으로 재료의 구성을 근본적으로 변경합니다.

"이 연구는 2차원 및 적층 재료의 원자 공학을 가능하게 하는 재료 과학의 새로운 시대를 열었습니다. "우리는 이러한 재료를 LEGO 블록처럼 조립하고 분해하는 방법을 보여주고 있으며, 이는 지금까지 존재할 수 없을 것이라고 예측조차 하지 못했던 흥미진진한 신소재 개발로 이어질 것입니다."

Drexel의 Gogotsi와 그의 동료들은 2011년에 발견한 MXenes라고 하는 층상 나노물질 계열의 특성을 연구해 왔습니다. MXenes는 MAX 단계라고 하는 전구체 물질로 시작합니다. "MAX"는 M, A 및 X의 세 가지 재료 층을 나타내는 화학적 합성어입니다. MAX 단계에 강산을 적용하면 A 층이 화학적으로 식각되어 더 많은 다공성 층 재료가 생성됩니다. 별명: MXene.

이 발견은 2010년 노벨상을 수상한 연구팀이 현존하는 가장 강력한 물질인 그래핀이라는 2차원 나노물질에 대한 전 세계적인 흥분에 뒤이어 이루어졌습니다. 그래핀의 발견은 원자적으로 얇은 다른 물질에 대한 검색을 확장했습니다. MXenes와 같은 특별한 특성을 가진 재료.

Drexel의 팀은 MXene 재료의 특성을 부지런히 탐구하여 탁월한 전기 전도성, 내구성 및 화학 화합물을 끌어당기고 걸러내는 능력에 대한 발견으로 이어졌습니다. 그러나 어떤 면에서 MXenes의 잠재력은 생산 방식과 이를 생성하는 데 사용할 수 있는 제한된 MAX 단계 및 식각액 세트로 인해 처음부터 제한되었습니다.

Gogotsi는 "이전에는 MAX 상의 화학적 성질이나 이를 식각하는 데 사용되는 산을 조정해야만 새로운 MXene을 생산할 수 있었습니다."라고 말했습니다. "이를 통해 우리는 수십 개의 MXene을 생성하고 수십 개가 더 생성될 수 있다고 예측할 수 있었지만 프로세스는 많은 제어 또는 정밀도를 허용하지 않았습니다."

대조적으로 Gogotsi와 중국 과학원 교수인 Qing Huang 박사가 이끄는 팀이 과학 논문에서 보고한 과정은 "층상 전이 금속 탄화물의 화학 가위 매개 구조 편집 , "는 Gogotsi에 따르면 수술을 수행하는 것과 비슷합니다.

첫 번째 단계는 LAMS(Lewis acidic molten salt) 에칭 프로토콜을 사용하여 평소와 같이 A층을 제거하지만 염소와 같은 다른 원소로 대체할 수도 있습니다. 이것은 아연과 같은 금속으로 구성된 두 번째 화학 가위 세트를 사용하여 층을 분리할 수 있도록 재료를 화학적 상태로 만들기 때문에 중요합니다. 이러한 레이어는 MAX 단계의 원료입니다. 즉, 삽입이라고 하는 프로세스인 약간의 화학적 "모르타르"를 추가하면 팀이 자체 MAX 단계를 구축할 수 있으며, 이를 사용하여 맞춤형으로 새로운 MXene을 생성할 수 있습니다. 특정 속성을 향상시키기 위해.

"이 프로세스는 MAX 구조를 외과적으로 절단하고 층을 벗겨낸 다음 새롭고 다른 금속 층으로 재구성하는 것과 같습니다."라고 Gogotsi는 말했습니다. "근본적으로 흥미로운 새롭고 특이한 화학 물질을 생산할 수 있는 것 외에도 우리는 새롭고 다양한 MAX 단계를 만들고 이를 사용하여 다양한 특성을 최적화하도록 맞춤화된 MXenes를 생산할 수 있습니다."

새로운 MAX 단계를 구축하는 것 외에도 팀은 이전에는 화학적으로 수용할 수 없었던 새로운 "게스트 원자"를 호스트할 수 있는 MXene을 생성하는 방법을 사용하여 MXene 재료 제품군을 더욱 확장한다고 보고했습니다.

Gogotsi는 "우리는 이 작업이 이미 매우 큰 계층 및 2차원 재료 공간의 주요 확장으로 이어질 것으로 기대합니다."라고 말했습니다. "기존 MAX 전구체로는 생산할 수 없었던 새로운 MXenes가 가능해지고 있습니다. 물론 특이한 구조와 특성을 가진 새로운 소재가 새로운 기술을 가능하게 할 것으로 기대됩니다."

Gogotsi에 따르면 이 연구의 다음 단계는 금속이 삽입된 2차원 탄화물뿐만 아니라 2차원 및 3차원 층상 탄화물을 단층 및 몇 층 나노시트로 박리하는 것입니다. 이를 통해 연구원들은 에너지 저장, 전자 및 기타 응용 분야에서 사용하기 위해 새로운 재료를 최적화하기 위해 기본 특성을 특성화할 수 있습니다.

출처 : https://www.sciencedaily.com/