什麼是mxenes？
MXENES（發音為“ Max-eens”）是在2011年首次發現的，是陶瓷，它是二維（2D）材料的最大家族之一。
MXENES由稱為Max的散裝晶體製成。在這一發現之前，預測不存在源自最大或非最大階段的2D分層材料。與大多數2D陶瓷不同，MXENES具有固有的電導率和出色的體積電容，因為它們是由鈦金屬（如鈦）的碳化物和硝酸鹽製成的分子片。MXENES已經發現了從儲能到藥物和光電學的應用。
使MXENES如此有趣的原因是，該材料類別可以想到的是數以百萬計的過渡金屬（例如鉬或鈦），碳和氮組成。訣竅是找到穩定的。
通過使用高通量計算平台並通過數百萬合金配置的形成能進行掃描，研究人員估計，仍有超過一百萬個穩定的MXENE化合物可以發現（ACS納米，，，，“對構成和溫度的MXENE合金中有序配置的高通量調查”）。
最大階段
有大量的三元碳化物（三元是形容詞的含義“由三個組成”）帶有一般公式Mn+1斧頭n，其中n = 1-3，m表示過渡金屬，A是鋁或矽等元素，而X是碳或氮。研究人員稱這些延性且可加工的陶瓷最大階段。
由於它們的分層結構，這些材料在變形過程中扭結和分層，並且表現出異常，有時是獨特的特性組合。他們不確定自己是要成為金屬還是陶瓷。當它們像金屬一樣進行熱和電力時，它們具有彈性僵硬，堅固，脆性和耐熱性的陶瓷。它們具有耐化學攻擊，易於發動機和熱休克，耐受耐受性，有時甚至疲勞，蠕變和氧化抗性。
mxene發現
二維（2D）結構石墨烯已知二硫化鉬具有獨特的特性。因此，擁有一個具有廣泛化學的2D結構的新家族可以打開大門，以更好地理解2D和3D材料之間的差異，從而鑒定出2D碳化物，硝酸鹽，氧氣，氧氣和其他相關結構，以及其他相關結構的有用性能，最後導致新的應用程序。
最大階段已經研究了多年的研究多年，並合成了許多具有多種特性的分層碳化物，硝酸鹽和碳硝酸鹽。
但是，這些陶瓷一直以三維材料生產，直到研究人員放置鈦碳化鈦（Ti）3alc2）在室溫下在氫氟酸中粉末以選擇性去除鋁。這種化學過程的結果（稱為去角質）基本上分散了分層的碳化物材料並產生二維Ti3C2納米片，此後創造了mxene，作為石墨烯的親戚。
在2011年的論文中高級材料（（“通過去角質產生的二維納米晶體3alc2“），研究人員首先證明了這種能力轉化三維鈦鋁碳化鋁（最大相位的典型代表），變成具有差異很大的特性的二維結構。
如何製作mxene
通過從分層最大相中選擇性去除鋁來創建MXENES。通過這種去角質過程，將碳化物層分成兩個Mxene片，僅幾個原子厚。MXENES可以通過稱為插入的過程來容納其層之間的各種離子和分子，這有時是為了利用材料獨特特性而進行的必要步驟。
例如，已證明將鋰離子放置在Mxene板之間，可以為鋰離子電池和電化學電容器提供有希望的材料。
為了合成獨立的Mxene薄片，Drexel University的一名研究團隊從2011年使用酸改進了初始技術，他們稱其為最小密集的層分層（溫和）。他們用氟化物鹽和鹽酸的蝕刻劑處理了散裝最大，從而選擇性地從碳化鈦層之間去除不需要的鋁層。
然後，他們手動搖動蝕刻的材料，分離並收集碳化鈦層。每一層都是五個原子厚，由結合三張鈦片的碳原子製成。蝕刻和去角質最大產生許多這些獨立的MXENE層。這種相對簡單的技術可以使製造規模生產。
從那時起，持續的探索揭示了它們儲存能量，阻止電磁幹擾，淨化水甚至避開細菌的出色能力。而且，正如最近的研究所暗示的那樣，mxenes也很耐用- 同類最強的材料。
盡管有許多可能的MXENE合金組成，但大多數都不會穩定。物質科學家麵臨的挑戰是如何有效地掃描大量合金構型，以識別具有最低構造能量的人，因此穩定性最高。常規的``FIRT'FRIST原理計算方法在計算上太密集了，無法可行。
一個高通量掃描MXENES可能的組成為研究人員提供了寶貴的方向，可以從數百萬材料食譜中挑選最佳候選人。
MXENE使用和應用
MXENE可用於儲能設備，例如鋰離子電池的電極，偽電容器等。研究人員還設想其用作複合材料的增強，類似於粘土或石墨烯，從而增加了機械性能並降低聚合物的氣體滲透性。各種表麵化學，過渡金屬氧化物的存在和高表麵積使MXENE可能對催化應用有吸引力。
淡化和廢水處理
為了研究水純化的可能性，研究人員製造了薄而靈活的Ti3C2膜上結合聚苯乙烯的熱屏障，以防止熱能逸出。這創建了一種係統，該係統可以漂浮在水上，並在自然陽光的照明水平下以84％的效率蒸發一些水。
電池技術和能源存儲
計算研究表明，某些MXENES完全去角質或分配的MXENE將產生具有特殊電荷能力的層，可用於電池陽極。在一份報告中，科學家證明了MXENES與幾個有機分子（包括二甲基亞氧化物（DMSO））的成功插入，這使它們能夠將其完全去角質堆疊到MXENE片中，並最終創建mxene'paper'通過從溶液中過濾薄片。
這張柔性和導電紙顯示鋰離子的容量是典型MXENE材料的四倍，其充電速率極高，並且可環性優於石墨，用於商業鋰離子電池。至關重要的是，這項工作表明可以大規模合成此類材料。
研究人員也發展了使用MXENE材料的新電極設計，這將使電池充電更快。他們的設計可以使儲能設備等電池等儲能設備被視為儲能技術的油輪卡車，就像迅速的超級電容器一樣快，這些超級電容器用於在捏中提供能量 - 通常是作為電池備用或提供快速爆發的速度諸如相機閃光之類的能量。
Triboelectric納米發育儀
研究人員表明，MXENES可用於收獲浪費的摩擦能量，例如，從打字或步行過程中的肌肉收縮。接觸聚合物和其他材料時，MXENE具有高電導率和吸收電子的能力。
這種不尋常的屬性組合使其可作為摩擦電納米生成器（TENG）的組成部分，從而將肌肉運動轉化為電力。該研究表明，這些高級材料可以納入手機，手持電子設備，可穿戴設備和筆記本電腦中，最終使其自動化。
導電塗料
MXENES已被用來開發機械強大的導電塗層可以在繁重的拉伸和彎曲下保持性能。這項研究利用了這樣一個事實，即MXENE多層塗層可以在保持高電導率的同時進行大規模機械變形。在這項工作中，研究人員還成功地將MXENE多層塗層沉積到柔性聚合物板上，可伸縮的矽酮，尼龍纖維，玻璃和矽。
傳感器和化學鼻子
看來Mxene是最多的敏感的氣體傳感器有報道。這項研究很重要，因為它擴大了檢測常見氣體的範圍，使我們能夠檢測到以前無法檢測到的非常低的濃度。
研究發現表明，MXENE可以拾取氨和丙酮等化學物質，這些化學物質是潰瘍和糖尿病的指標，比目前在醫療診斷中使用的傳感器要低得多。
MXENE比常規傳感器材料的優勢在於其多孔結構和化學組成。該材料既擅長允許氣體分子在其表麵上移動並吸附某些被化學吸引的物質移動或吸附，從而表現出良好的選擇性。