Malzeme bilimi dünyasında 2004 yılından beri "Grafen Çağı" yaşanıyordu. Ancak son birkaç yılda laboratuvarlarda grafenin tahtını zorlayan, hatta bazı konularda onu geride bırakan yeni bir malzeme ailesi konuşuluyor: MXene'ler (Maksenler).
Grafen harika bir malzemedir ancak suda dağıtılması zordur ve işlemesi zahmetli olabilir. İşte MXene tam burada oyunu değiştiriyor: Hem bir metal gibi elektriği mükemmel iletiyor hem de kil gibi suda kolayca şekil alabiliyor.
Bu yazımızda, nanoteknolojinin yeni gözdesi MXene'lerin ne olduğunu, neden bu kadar heyecan yarattığını ve geleceğin teknolojilerinde (5G, Süperkapasitörler) nasıl bir rol oynayacağını inceliyoruz.
MXene, geçiş metallerinin (Titanyum, Molibden vb.) karbürleri, nitrürleri veya karbonitrürlerinden oluşan, iki boyutlu (2D) inorganik bileşikler ailesidir. İlk olarak 2011 yılında Drexel Üniversitesi'ndeki araştırmacılar tarafından keşfedilmiştir.
İsmi, üretildiği "MAX fazı" adı verilen seramiklerden gelir.
M: Geçiş Metali (Örn: Titanyum, Krom)
X: Karbon ve/veya Azot
ene: Grafen gibi 2D olduğunu belirtmek için eklenmiştir.
En popüler ve üzerinde en çok çalışılan türü Titanyum Karbür (Ti3C2Tx) MXene'dir.
MXene'leri diğer nanomateryallerden ayıran eşsiz bir kombinasyon vardır:
Çoğu 2D malzeme (Grafen oksit veya MoS2 gibi) yarı iletkendir veya yalıtkandır. Ancak MXene'ler saf metaller kadar yüksek elektriksel iletkenliğe sahiptir. Bu, elektronik uygulamalar için kritik bir avantajdır.
İşte endüstriyi en çok sevindiren özellik! Grafen suyu sevmez ve topaklanır. MXene ise yüzeyindeki fonksiyonel gruplar (-OH, -F) sayesinde suyla mükemmel anlaşır.
Sonuç: Zehirli ve pahalı organik çözücülere gerek kalmadan, sadece su kullanarak MXene mürekkepleri ve kaplamaları üretilebilir. Bu, "çevre dostu üretim" demektir.
İletken bir kil düşünün. MXene, tıpkı kil gibi kalıba dökülebilir, film haline getirilebilir veya 3D yazıcı ile basılabilir, kuruduğunda ise metalik özellik gösterir.
MXene'lerin ticari potansiyeli çok geniştir, ancak şu üç alan öne çıkmaktadır:
Cep telefonları, 5G kuleleri ve elektronik cihazlar sürekli sinyal yayar ve birbirini etkiler (Gürültü). Bu sinyalleri engellemek için cihazların içi genellikle bakır veya alüminyum levhalarla kaplanır, bu da cihazı ağırlaştırır.
MXene Çözümü: Mikron kalınlığında bir MXene sprey kaplaması, kalın metaller kadar etkili bir EMI kalkanı sağlar. Daha hafif, daha ince ve daha ucuz telefonlar demektir.
MXene'in katmanlı yapısı, lityum iyonlarının aralara çok hızlı girip çıkmasına izin verir (İnterkalasyon).
Hızlı Şarj: MXene elektrotlu bataryalar ve süperkapasitörler, saniyeler içinde şarj olabilir ve binlerce kez döngüye girebilir.
Yüksek iletkenliği ve geniş yüzey alanı sayesinde MXene, ortamdaki en ufak gaz değişimini veya vücut hareketini algılayabilir. Giyilebilir sağlık sensörlerinde (nefes analizi, nabız vb.) grafene ciddi bir rakiptir.
| Özellik | Grafen | MXene |
| İletkenlik | Çok Yüksek | Çok Yüksek (Metalik) |
| Suda Çözünürlük | Düşük (Hidrofobik) | Çok Yüksek (Hidrofilik) |
| Üretim Yöntemi | CVD / Eksfoliasyon | Kimyasal Aşındırma (Etching) |
| Çeşitlilik | Tek tip (Karbon) | Onlarca farklı kombinasyon (Ti, V, Nb...) |
| Maliyet | Üretim arttıkça düşüyor | Şu an yüksek (Yeni teknoloji) |
MXene, malzeme bilimindeki "sihirli değnek" arayışının en yeni adayıdır. Metalin iletkenliğini, seramiğin kimyasını ve plastiğin işlenebilirliğini tek bir malzemede toplamayı başarmıştır.
Henüz ticari olarak grafen kadar yaygın olmasa da, Ti3C2Tx gibi MXene tozları ve dispersiyonları, yüksek teknoloji Ar-Ge laboratuvarlarının en çok talep ettiği ürünler arasına girmiştir. Gelecekte telefonunuzun daha iyi çekmesini sağlayan veya arabanızın pilini 5 dakikada dolduran teknoloji, bu siyah tozun içinde saklı olabilir.
