Ένα φύλλο υλικού τόσο λεπτό όσο ένα δισεκατομμυριοστό του μέτρου, ικανό να ενσωματώσει μέχρι και εννέα διαφορετικά μέταλλα. Όσο κι αν ακούγεται σαν σενάριο επιστημονικής φαντασίας, πρόκειται για το επίτευγμα μιας ερευνητικής ομάδας του Purdue University, η οποία κατάφερε να οδηγήσει την οικογένεια των MXene σε νέα, αχαρτογράφητα εδάφη.
Τα MXene είναι μια κατηγορία δισδιάστατων υλικών που ανακαλύφθηκαν πριν από περίπου δέκα χρόνια. Η δομή τους δεν ξεπερνά σε πάχος το ένα νανόμετρο, δηλαδή είναι σχεδόν αόρατη με γυμνό μάτι, ενώ οι ιδιότητές τους έχουν ήδη μαγνητίσει τόσο την επιστημονική κοινότητα όσο και τη βιομηχανία. Η αγωγιμότητα τους θυμίζει μέταλλα, η ανθεκτικότητά τους κεραμικά, ενώ η ιδιαίτερη χημεία της επιφάνειάς τους τα καθιστά ιδανικά για μια πληθώρα εφαρμογών. Από πιο ανθεκτικές μπαταρίες και εξελιγμένα ηλεκτρονικά μέχρι τεχνολογίες που θα μπορούσαν να αξιοποιηθούν στο Διάστημα, τα MXene θεωρούνται βασικοί παίκτες στο πεδίο της καινοτομίας.
Η ομάδα του καθηγητή Babak Anasori αποφάσισε να ωθήσει τα όρια ακόμη παραπέρα. Ενώ μέχρι τώρα οι ερευνητές μπορούσαν να συνδυάσουν σε τέτοια υλικά δύο ή τρία διαφορετικά μέταλλα, ο Anasori και οι συνεργάτες του πέτυχαν να ενσωματώσουν εννέα σε μία και μόνο στρώση. Για να εξηγήσουν το εγχείρημα, οι ίδιοι χρησιμοποιούν την αναλογία με ένα σάντουιτς: με λίγα υλικά το αποτέλεσμα είναι οργανωμένο και τακτοποιημένο, όσο όμως αυξάνονται τα συστατικά τόσο επικρατεί «χάος». Μόνο που, στην περίπτωση των MXene, αυτό το χάος δεν αποτελεί πρόβλημα, αλλά αντίθετα, μπορεί να δημιουργήσει νέες ιδιότητες και να προσδώσει στα υλικά μεγαλύτερη σταθερότητα υπό ακραίες συνθήκες.
Για να καταλήξουν σε αυτό το εντυπωσιακό αποτέλεσμα, οι επιστήμονες δημιούργησαν περίπου 40 διαφορετικούς συνδυασμούς μετάλλων. Αρχικά παρασκεύασαν το λεγόμενο MAX phase, το «γονικό» υλικό, το οποίο στη συνέχεια μετασχηματίστηκε στην εξαιρετικά λεπτή δομή των MXene. Με αυτόν τον τρόπο μπόρεσαν να παρατηρήσουν πώς η ισορροπία ανάμεσα στην τάξη και την αταξία σε ατομικό επίπεδο επηρεάζει τη σταθερότητα αλλά και τη συμπεριφορά των ηλεκτρονίων.
Η σημασία αυτής της ανακάλυψης είναι τεράστια. Ανοίγει τον δρόμο για την ανάπτυξη υλικών που μπορούν να λειτουργούν εκεί όπου τα παραδοσιακά αποτυγχάνουν. Μια χαρακτηριστική εφαρμογή είναι οι μπαταρίες ηλεκτρικών αυτοκινήτων: υλικά που δεν θα επηρεάζονται από τις ακραίες θερμοκρασίες του πολικού ψύχους ή της ερήμου, αυξάνοντας την αντοχή και την αξιοπιστία τους. Εξίσου συναρπαστικές είναι οι προοπτικές για εξοπλισμό που θα μπορούσε να αντέξει στις σκληρές συνθήκες του Διαστήματος ή ακόμα και στα βάθη των ωκεανών, χωρίς να διαβρώνεται ή να χάνει τις ιδιότητές του.
Πέρα όμως από τις πιο φουτουριστικές εικόνες, οι εφαρμογές μπορεί να αγγίξουν και την καθημερινότητα. Τα MXene θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν σε εξαιρετικά λεπτές κεραίες για τηλεπικοινωνίες, αλλά και σε συστήματα που προστατεύουν από την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Οι δυνατότητες είναι πολλές και δείχνουν πως αυτά τα υλικά ενδέχεται να αλλάξουν τον τρόπο με τον οποίο σχεδιάζονται και λειτουργούν οι τεχνολογίες γύρω μας.
Όπως τόνισε ο Anasori, στόχος της ομάδας του δεν είναι μόνο να δημιουργήσει υλικά που αντέχουν σε ακραίες συνθήκες, αλλά και να ανοίξει τον δρόμο για νέες δυνατότητες σε καίριους τομείς, όπως η καθαρή ενέργεια και η αεροδιαστημική.
[via]
