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Innovative MXen-Herstellung: Fortschritt durch die TU Wien
Ein führendes Forschungsteam der Technischen Universität Wien (TU Wien), in Zusammenarbeit mit CEST und AC2T, hat eine bahnbrechende Methode zur Herstellung von MXenen entwickelt. Diese Familie zweidimensionaler Materialien gilt wegen ihres außergewöhnlichen technologischen Potenzials als zukunftsweisend. Das neue Syntheseverfahren verzichtet vollständig auf gefährliche Chemikalien wie Flusssäure und ebnet somit den Weg für die sichere, großtechnische Produktion von MXenen – ein bedeutender Meilenstein in der Materialwissenschaft.
Was macht MXene zum „Wundermaterial“?
MXene gehören zu den ultradünnen Materialien, deren Schichten jeweils nur ein Atom dick sind. Hauptsächlich bestehen sie aus Titan und Kohlenstoff. Durch ihre spezielle Struktur zeigen MXene Eigenschaften, die in den Ausgangsmaterialien in Massenform nicht vorkommen. Deshalb stehen MXene im Zentrum der Forschung für zukünftige Batterien, leistungsstarke Sensoren, elektromagnetische Abschirmungen (EMV), sowie hocheffiziente Festschmierstoffe – Anwendungen, die selbst für die Raumfahrttechnik relevant sind. Die enorme Anwendungsvielfalt hat MXene den Ruf eines „Wundermaterials“ in der Nanotechnologie und im Ingenieurwesen eingebracht.
Produktmerkmale und vergleichende Vorteile
Die klassische MXen-Synthese nutzt eine sogenannte MAX-Phase als Vorstufe, bestehend aus alternierenden Schichten von Titan, Kohlenstoff und Aluminium. Bisher wurde zur Entfernung des Aluminiums meist Flusssäure eingesetzt, ein hochgiftiges und schwer zu handhabendes Chemikalie. Diese Sicherheitsrisiken sowie das Entsorgungsproblem haben die industrielle Herstellung und breitere Anwendung von MXenen bisher erschwert.
Im Gegensatz dazu verwendet die neue Methode der TU Wien elektrochemische Prozesse und eine deutlich ungefährlichere Mischung aus Natriumtetrafluorborat und Salzsäure (NaBF₄/HCl). Statt eines konstanten Stromflusses kommen kurze Spannungspulse zum Einsatz (sogenanntes kathodisches Pulsen). Diese Pulse erzeugen kleine Wasserstoffbläschen, die die Oberfläche kontinuierlich aktivieren und reinigen, wodurch die selektive und effiziente Entfernung der Aluminiumschicht aus der MAX-Phase ermöglicht wird. Laut Pierluigi Bilotto vom TU Wien Institut für Konstruktionstechnik können so gezielt nur die Aluminium-Atome entfernt werden, was besonders reine elektrochemische MXene (EC-MXene) zur Folge hat.
Effizienz, Ausbeute und Qualitätskontrolle
Bemerkenswert ist, dass dieses innovative Verfahren pro Durchlauf bis zu 60% Ausbeute an hochreinem EC-MXene erzielt – und das ganz ohne gefährliche Nebenprodukte. Das Forscherteam bestätigte Qualität und Struktur des Materials mithilfe fortschrittlicher Analytikverfahren, darunter SEM/EDX für Elementkartierungen, XPS und LEIS für die Oberflächenchemie sowie AFM, TEM, Raman und XRD zur Untersuchung des atomaren Aufbaus und der physikalischen Eigenschaften.
Dank der gepulsten Stromführung wird der Syntheseprozess nicht nur effizienter, sondern garantiert auch eine saubere, reaktive Oberfläche der MXene. Die Steigerung von Ausbeute und Qualität zeigt einen grundlegenden Wandel gegenüber risikobehafteten konventionellen Methoden.
Markteinfluss und zukünftige Anwendungen
Durch gesteigerte elektrische Leitfähigkeit, Stabilität und Schmierleistung könnten MXene zahlreiche Branchen revolutionieren, darunter Energiespeicherung, flexible Elektronik, Luft- und Raumfahrttechnik sowie Hochleistungsschutzschichten. Die Vereinfachung und Sicherheit des elektrochemischen Verfahrens ermöglichen die zügige Umsetzung von MXen-basierten Innovationen – von der Forschung bis zur industriellen Anwendung. Davon profitieren unter anderem saubere Energielösungen, moderne Sensorik und innovative Schmiermittel.
Wie Pierluigi Bilotto betont: „Unser Ziel ist es, die MXen-Synthese so einfach zu machen, dass sie sogar in einer Küche durchgeführt werden könnte. Wir sind diesem Ziel so nahe wie nie zuvor.“
Dieser Durchbruch sorgt nicht nur für nachhaltige und skalierbare Produktionsmöglichkeiten, sondern festigt auch die wachsende Bedeutung von MXenen im globalen Technologiemarkt.
Quelle: neowin
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