A MXene nevű anyagot a Drexel Egyetem kutatói fedezték fel 2011-ben, miután rétegeket választottak le a MAX fázisként ismert anyagról, amely valamely átmenetifém karbidjaiból és nitridjeiből áll. Az ilyen módon kapott többrétegű MXene-t általában további kezelésnek vetik alá, hogy minél vékonyabb hártyát alakítsanak ki és az így keletkező réteg lényegében kétdimenziós, vastagsága alig több mint egy nanométer. A MXene formulája a következő egyenlettel írható le: Mn+1XnTx, amelyből az M az átmenetifémet, az X a szenet vagy nitrogént, a T pedig az anyag felszínén található funkcionális csoportot, oxigént, fluort vagy hidroxidiont jelöli.

Ezeknek a felszíni molekuláknak kulcsfontosságú szerepe van a MXene tulajdonságainak meghatározásában, mivel a különféle összetevők különböző képességekkel ruházzák fel az anyagot: a fluor jelenléte például csökkenti a teljes réteg elektromos vezetőképességét és kevésbé teszi alkalmassá az elektromágneses sugárzás elleni védelem kialakítására, ami az anyag egyik alapvető felhasználási területe lenne. A felszíni szerkezet pontos elemzése ezért fontos szerepet tölt be a MXene fejlesztésében, de az anyag rendkívüli vékonysága miatt eddig hosszú napokig tartó feladatot jelentett az elektronmikroszkópos vizsgálatok elvégzése.

A Koreai Tudományos és Műszaki Intézet (KIST) kutatóinak vezetésével zajló kísérlet eredményeképpen azonban sikerült ezt az időt olyannyira lerövidíteni, hogy akár a MXene tömeggyártása is elérhető közelségbe került. A tudósok által kifejlesztett módszerrel az anyag mágneses ellenállási jellemzőiből kiindulva előre tudják jelezni, hogy milyen elrendezésben találhatóak a molekulák a felszínen, ezáltal sokkal könnyebben és bonyolult műszeres mérések nélkül tudják meghatározni az anyag által elnyelt elemek helyzetét és mennyiségét. Az úgynevezett Hall szóródási faktor, ami a félvezetők töltéshordozó tulajdonságait írja le, a felszínhez kapcsolódó fluor jelenlétében jóval nagyobb, mint az oxigén vagy hidroxidion esetében és ez a paraméter behatárolja az anyag ideális felhasználási körét: bizonyos érték alatt tranzisztorok, generátorok és szenzorok készülhetnek belőle, míg felette termoelektromos vagy mágneses eszközök.

A MXene szerkezetének könnyebb megismerése lehetővé teszi az elkészült anyagok gyorsabb osztályozását és az egyforma jellemzőkkel bíró rétegek készítését, vagyis az előállítás során nagyobb kontrollt ad a kutatók kezébe. Ez akár a tömeggyártást is elérhető közelségbe hozhatja, ami hasznos újítást jelenthet azokon az alkalmazási területeken, ahol a MXene szerepet kaphat: többek között az energiatárolás, az elektromágneses árnyékolás, víztisztítás, optoelektronika vagy orvosbiológiai alkalmazások terén. A MXene-t a grafénhoz hasonlóan csodaanyagnak tartják kétdimenziós struktúrája és elektromos vezetési tulajdonságai miatt, amelynek méghozzá rengeteg további stabil és jól használható változatát fedezhetik fel a jövőben a kutatók.

(Fotó: Wikimedia Commons, Vahidmohammadi et al/Science)