Y a-t-il quelque chose que les matériaux MXene ne peuvent pas faire ?

Depuis la découverte d'une nouvelle grande famille de matériaux bidimensionnels par des chercheurs de l'Université Drexel en 2011, la poursuite de l'exploration a révélé leur capacité exceptionnelle à stocker de l'énergie, bloquer les interférences électromagnétiques, purifier l'eau et même éloigner les bactéries. Et, comme le suggèrent maintenant des recherches récentes, Les MXenes sont également très durables - le matériau le plus solide de sa catégorie, selon une nouvelle étude dans la revue Avancées scientifiques .

La découverte, présenté par des chercheurs de Drexel et de l'Université du Nebraska-Lincoln, montre que MXenes est le plus élevé parmi les matériaux bidimensionnels produits par le traitement de la solution - la méthode standard pour rendre évolutif, matériaux pratiquement utiles en laboratoire - dans une mesure appelée "module d'élasticité".

Dans une comparaison côte à côte avec l'oxyde de graphène ou l'oxyde de graphène réduit, de nouveaux matériaux prometteurs déjà utilisés pour renforcer le caoutchouc et les polymères, un éclat de carbure de titane MXene s'est avéré être environ 50 pour cent plus rigide.

Ce test de résistance est effectué en plaçant une seule feuille d'un matériau sur une surface de test de plaquette de silicium avec des trous. Ensuite, une pointe pointue d'un microscope à force atomique pique le matériau, faire une empreinte. Au fur et à mesure que cela se produit, la sonde mesure également la force nécessaire pour réaliser l'indentation, déterminant ainsi la résistance et le module d'élasticité du matériau. L'équipe a répété le test 36 fois et a trouvé que le module du matériau était le plus élevé enregistré pour un matériau traité en solution et comparable même aux membranes de matériau les plus résistantes actuellement connues des chercheurs :le graphène pur et le bisulfure de molybdène.

"Ce travail ouvre la voie à l'étude des propriétés mécaniques des monocouches d'autres MXenes et étend la gamme déjà large des applications de MXenes, " dit Yury Gogotsi, Doctorat., Distingué Université et Professeur Bach au Collège d'Ingénierie, qui était l'auteur principal de la recherche.

Bien que les résultats n'aient pas été exactement inattendus - les chercheurs ont noté de manière anecdotique la force du MXene en laboratoire au fil des ans - il a fallu un certain temps pour collecter formellement ces données en raison des défis liés à la création d'échantillons monocouche suffisamment grands du matériau et tester mécaniquement les feuilles qui ne font que quelques atomes d'épaisseur.

Mais les chercheurs de Drexel ont maintenant amélioré leur capacité à produire de plus gros flocons de carbure de titane MXene. Et grâce à la collaboration avec l'équipe du Nebraska, ont pu effectuer les tests avec un microscope à force atomique pour déterminer leur force.

Les dernières recherches ont indiqué que le graphène était le matériau bidimensionnel le plus résistant, en termes de module, il était donc pertinent pour l'équipe de mesurer un MXene par rapport à la version traitée du graphène-oxyde de graphène. Non seulement ils signalent que MXene est plus fort, les chercheurs ont également montré que si un film de graphène se brise de manière catastrophique lorsque le pénétrateur perce un trou dans le film, MXene ne le fait pas.

La découverte des propriétés mécaniques supérieures du MXene suggère qu'il pourrait être un additif utile aux composites structuraux, comme la fibre de verre. Il pourrait également être utilisé dans les revêtements de protection et les membranes, comme moyen d'augmenter leur durabilité. Et avec une trentaine de MXenes déjà produits, il y a de bonnes chances de trouver des variétés encore plus résistantes que le carbure de titane testé dans cette étude.

« Connaître les propriétés mécaniques du MXene à feuille unique est absolument essentiel pour développer des matériaux composites résistants et durs, " a déclaré Gogotsi. " La prochaine étape pour MXenes sera de les ajouter aux polymères, métaux et céramiques pour voir comment leurs propriétés peuvent être améliorées. Par exemple, l'ajout de carbure de titane aux céramiques et aux polymères peut augmenter leur résistance mécanique et leur conductivité en même temps - ces composites peuvent être utilisés pour des applications structurelles, blindage électromagnétique et à bien d'autres fins."