A MXene nevű anyagot, vagyis inkább anyagcsoportot 2011-ben fedezték fel a Drexel Egyetemen, ahol a kutatók azonnal tudták, hogy “csodaanyagra” bukkantak, aminek különleges tulajdonságait számtalan területen lehet majd kamatoztatni. A MXene a kétdimenziós anyagok közé tartozik, tehát vastagsága mindössze egy-két atomnyi, és akárcsak a szintén kétdimenziós, egy atom vastagságú grafén, különleges lehetőségeket rejt magában az elektronikai vagy az akkumulátortechnológiai alkalmazási területeken.

A MXene-t a MAX fázis elnevezésű anyagból készítették el, mikor a laboratóriumban ezt a kerámiára és fémre jellemző tulajdonságokkal is rendelkező anyagot vizsgálták. A kutatók észrevették, hogy a MAX fázis kiváló vezető, és a grafithoz hasonlóan sok rétegből áll össze, így felmerült az ötlet, hogy lítiumion-akkumulátorokban anódként használják - ennek érdekében megpróbálták a MAX fázist a lítiummal integrálni, de nem jártak sikerrel. Végül a hidrofluorsavval kezelt MAX fázisból kialakítottak egy speciális kerámiát, egy kétdimenziós titán-karbidot, ami lényegében az MXene első megvalósulása volt, és ez már jól reagált a lítium hozzáadására is. A MXene tehát többféle összetevőt tartalmaz: átmenetifémet, szenet vagy nitrogént, és az anyag felszínén található funkcionális csoportot, oxigént, fluort vagy hidroxidiont, de ezek mellett más anyagok hozzáadásával is kísérleteztek már a kutatók az elmúlt években, mivel minden komponens más-más képességekkel ruházza fel a MXene-t.

A Drexel Egyetem munkatársai már több 50 MXene-t fedeztek fel, vagy alkottak meg 2011 óta, és még nincs vége az újabb verziók fejlesztésének:

most például a Purdue Egyetemmel közösen létrehozták azt a változatot, ami kilenc különböző fajta fémet foglal magában.

A kutatók összesen 40 fajta (köztük 30 teljes új) MXene-t készítettek el - ebből mindegyik más-más rétegszámmal és fémkomponenssel bírt -, hogy megvizsgálják az anyagban zajló komplex kémiai reakciókat. A megfigyelések szerint a MXene kialakulásának kezdetén azokban a MAX fázisokban, amelyek maximum hat fémet tartalmaztak, rendezett és kiszámítható módon épültek fel a rétegek struktúrái, azonban hét vagy több fém hozzáadásával az anyag random módon kezdett viselkedni, az atomok látszólag véletlenszerűen keveredtek benne, az entrópikus stabilitás vette át az uralmat a struktúrában. A kutatásról beszámoló Nature leírása szerint az új anyag olyan rendhagyó szerkezetű, hogy egyelőre lehetetlen számítógépes modellekkel szimulálni, de a Drexel kutatóinak reményei szerint a jövőben mesterséges intelligencia segíthet majd eligazodni az “új anyagok végtelen tengerén”, és lehetővé teszi a specifikus tulajdonságokkal rendelkező anyagtípusok kiválasztását és fejlesztését.

A MXene egy 2023-as kutatás szerint akár tömeggyártásra is alkalmas lehet, és amellett, hogy hatékonyan funkcionálhat az energiatárolás és elektronika terén, az űreszközök részeként a mélyűr extrém körülményei között is működőképes maradhat.

(Fotó: Devynn Leatherman-May, Brian C. Wyatt and Babak Anasori, Purdue University, Wikimedia Commons)

Tömeggyártásra is alkalmas egy kétdimenziós csodaanyag A 2011-ben felfedezett MXene-t a kutatók álomanyagnak tartják és akár nagy mennyiségben is gyárthatják a jövőben.