MXener öppnar för framtidens nanoteknologi

Konstgjorda njurar, kraftfulla batterier och effektiv vattenrening är några av framtidens användningsområden för en grupp ultratunna material som kallas MXener. Det menar forskare från bland annat Linköpings universitetet i en artikel i tidskriften Science.

Material som endast är ett eller ett par atomlager i tvärsnitt får ovanliga egenskaper tack vare sin tjocklek. Det kan till exempel vara god förmåga att leda elektricitet, hög hållfasthet eller värmetålighet. Egenskaperna gör att ultratunna material visar stor potential för att användas i framtida teknologiska lösningar. Det mest välkända materialet är grafen och sedan det upptäcktes har jakten på fler ultratunna, eller tvådimensionella, material ökat i intensitet.

Grafen och många andra tvådimensionella material är vanligtvis antingen halvledare, halvmetaller eller polariserade isolatorer. Avsaknaden av ultratunna metalliska ledare hindrar utvecklingen av komponenter helt baserade på tvådimensionella material.

År 2011 upptäcktes en ny grupp med tvådimensionella material som kallas MXener. De består av en metall i kombination med antingen kol- eller kväveatomer. Upptäckten kompletterar de övriga tvådimensionella materialen i och med att MXener är just metalliska ledare och öppnar dörren för helt nya tillämpningar på nanoskala.

Nu har Johanna Rosén, professor vid Institutionen för fysik, kemi och biologi vid Linköpings universitet, tillsammans med kollegor vid Drexel University i USA skrivit en artikel i Science om framtiden för MXener och vilken påverkan de förväntas ha.

– Det finns mängder av tänkbara tillämpningar. Det som ligger närmast i tiden är främst effektiv energilagring i form av batterier och superkondensatorer samt avskärmning av elektromagnetism. Men på sikt kommer vi kunna göra filter för luft- och vattenrening, antenner för nästa generations kommunikation och en mängd andra användningsområden som vi ännu inte tänkt på, säger Johanna Rosén.

Många MXener är dessutom kompatibla med levande vävnad, alltså biokompatibla, icke-toxiska och miljövänliga och studeras därför för möjliga biomedicinska tillämpningar. Enligt forskarna kan en sådan tillämpning på sikt vara konstgjorda njurar som skulle göra det möjligt att slippa dialys, eller ge behandling där det inte finn tillgång till dialysmaskiner.

Den första MXenen som upptäcktes var titankarbid, Ti3C2, och nu tio år senare finns cirka 50 olika MXener varav många har utvecklats vid Linköpings universitet. Men tack vare framställningsmetoden är kombinationsmöjligheterna näst intill oändliga. Det innebär att det på sikt kan finnas tusentals MXener med olika skräddarsydda egenskaper.

– MXener upptäcktes för endast tio år sedan men har vuxit som forskningsfält i väldigt snabb takt. Idag publiceras cirka 6600 vetenskapliga artiklar årligen. Men det finns fortfarande många egenskaper och tillämpningar kvar upptäcka som kan lösa många av dagens utmaningar inom både teknik och medicin, säger Johanna Rosén.

Artikeln: The world of two-dimensional carbides and nitrides (MXenes) Armin Vahid Mohammadi, Johanna Rosen, Yury Gogotsi Science 2021 Vol. 372 doi: 10.1126/science.abf1581

Kontakt

Johanna Rosén, professor, 013-28 57 93, johanna.rosen@liu.se