Microgolfsynthese produceert MXene 25 keer sneller dan traditionele methoden terwijl 75% minder energie wordt gebruikt

Mxene is een lichtgewicht tweedimensionaal (2D) materiaal dat in staat is alles te beschermen-inclusief ruimtevaartuig, mechanische componenten en misschien zelfs mensen-vanuit schadelijke straling. Omdat traditionele synthese meerstapsprocessen vereist die tot 40 uur kunnen duren, is MXene moeilijk te produceren.

Door een snelle synthesemethode met één stap te introduceren, heeft onderzoeker Reeja Jayan de productietijd van MXene verminderd tot 90 minuten en het energieverbruik met 75%verkort.

“Ons werk heeft gevolgen voor de wereldwijde productie van chemicaliën omdat bijna een derde van de uitstoot van broeikasgassen voortkomt uit chemische productie en productie”, zegt Jayan, een professor in werktuigbouwkunde aan de Carnegie Mellon University.

Het onderzoek, gepubliceerd in Materialenwetenschap in halfgeleiderverwerkingtoont ook een uniek vermogen om de samenstelling van MXene aan te passen om het type straling te veranderen waartegen het materiaal kan beschermen. Tot op heden heeft het team hun materiaal getest over de X-Band-radiofrequenties variërend van 8,0–12,0 GHz-maar om te beschermen tegen elektronische materialen in de ruimte, is meer testen tegen kosmische straling nodig.

“We gingen ervan uit dat we, omdat we het proces hebben versneld, enkele van de afschermingsprestaties zouden verliezen”, zei Jayan. “We waren aangenaam verrast dat hoewel er subtiele structurele verschillen waren, we geen afweging van de afschermingsefficiëntie op laboratoriumschaal zagen.”

In de toekomst zal Jayan haar syntheseproces op grotere schaal testen. In samenwerking met een fabrikant van ruimtevaartmaterialen zal haar team MXene integreren in testpanelen voor stralingstests.

“We hebben een koolstofarm proces ontwikkeld dat de energie aanzienlijk bespaart. Als het nu kan worden opgeschaald, meer dan ooit tevoren, zullen we een ernstig noodzakelijke en substantiële milieu-impact creëren.”