Исследователи из Корейского передового института науки и технологий разработали метод прогнозирования молекулярного распределения наноматериала MXene с использованием его свойств магнитосопротивления, что открывает путь к упрощенному контролю качества и массовому производству. Это исследование также подчеркивает разнообразные применения MXene на основе коэффициентов рассеяния Холла. Исследователи разработали аналитическую модель, используя магнитные транспортные свойства молекул, прикрепленных к поверхности MXene. Ожидается, что создание системы прогнозирования и классификации характеристик будет полезно для производства MXenes однородного качества.
MXene, разработанный в 2011 году, представляет собой двумерный наноматериал с чередующимися слоями металла и углерода. Он обладает высокой проводимостью и может сочетаться с различными соединениями металлов. Это материал, который можно использовать в различных отраслях промышленности, таких как производство полупроводников, электронного оборудования и датчиков.
Чтобы правильно использовать MXene, необходимо понимать тип и количество молекул, покрывающих его поверхность. Если молекулы, покрывающие поверхность, состоят из фтора, проводимость будет снижена, а эффективность экранирования электромагнитных волн также снизится. Однако, поскольку толщина MXene составляет всего 1 нанометр (нанометр – одна миллиардная метра), для анализа молекул на поверхности даже с помощью высокопроизводительного электронного микроскопа потребуется несколько дней, что делает массовое производство невозможным до сих пор.
Революционный прогресс в анализе поверхностей MXene
Исследовательская группа под руководством Сын Чхоль Ли, директора Индо-Корейского центра науки и технологий (IKST) Корейского передового института науки и технологий, разработала метод прогнозирования распределения поверхностных молекул с использованием свойств магнитосопротивления MXene. Используя этот метод, молекулярное распределение MXene можно измерить с помощью простых измерений, что позволит контролировать качество во время производственного процесса, что, как ожидается, откроет путь к ранее недостижимому крупномасштабному производству.
Команда разработала программу для прогнозирования свойств двумерных материалов, основанную на идее о том, что проводимость или магнетизм меняются в зависимости от молекул, прикрепленных к поверхности. Поэтому они рассчитали магнитно-транспортные свойства MXene и успешно проанализировали тип и количество молекул, адсорбированных на поверхности MXene при нормальном давлении и комнатной температуре без какого-либо дополнительного оборудования.
Коэффициент рассеяния Холла и его приложения.
Анализируя поверхность MXene с помощью разработанной программы прогнозирования свойств, было предсказано, что коэффициент холловского рассеяния, влияющий на передачу магнитного поля, будет существенно меняться в зависимости от типа молекул на поверхности. Коэффициент рассеяния Холла — это физическая константа, описывающая характеристики переноса заряда полупроводниковых материалов. Исследовательская группа обнаружила, что даже если был приготовлен тот же MXene, значение коэффициента рассеяния Холла составляло 2,49, при этом фтор был самым высоким, кислород — 0,5, а гидроксид — 1, тем самым анализируя распределение молекул.
Коэффициент рассеяния Холла имеет различные применения в зависимости от значения. Если значение меньше 1, его можно применять к высокопроизводительным транзисторам, высокочастотным генераторам, высокоэффективным датчикам и фотодетекторам. Если значение выше 1, его можно применять к термоэлектрическим материалам и магнитным датчикам. Учитывая, что размер MXene составляет всего несколько нанометров или меньше, как размер применимых устройств, так и требуемая мощность могут быть значительно уменьшены.
Заключение и перспективы на будущее
Сын-Чол Ли, директор IKST, сказал: «В отличие от предыдущих исследований, которые были сосредоточены на производстве и свойствах чистого MXene, значение этого исследования заключается в том, что оно предоставляет новый метод поверхностного молекулярного анализа, который может легко классифицировать изготовленные MXenes. Объединив этот результат с экспериментальными исследованиями, мы ожидаем, что сможем контролировать процесс производства MXenes для крупномасштабного производства MXenes с единообразным качеством».