Viyana Teknik Üniversitesi (TU Wien) ve iş birliği yaptığı araştırma merkezleri CEST ile AC2T, MXene üretiminde yeni ve daha güvenli bir yöntem geliştirdi. Bu yöntem, toksik kimyasalların kullanımını ortadan kaldırarak MXene üretimini daha pratik ve yaygın hâle getirebilir.
Güvenli Üretim Sayesinde MXene Daha Fazla Endüstriyel Alanda Kullanılabilecek
MXene, çoğunlukla titanyum ve karbondan oluşan, sadece bir atom kalınlığında katmanlardan meydana gelen iki boyutlu bir malzemedir. Bu ince yapısı sayesinde, aynı elementlerden oluşan kalın malzemelerden farklı özellikler gösterir. MXeneler; bataryalarda, sensörlerde, elektromanyetik kalkanlarda ve katı yağlayıcı olarak, hatta uzay teknolojilerinde kullanılmak üzere araştırılıyor. Bu özellikleri sebebiyle MXene, “mucize malzeme” olarak tanımlanıyor.
TU Wien Mühendislik Tasarımı ve Ürün Geliştirme Enstitüsü’nden Pierluigi Bilotto, MXene üretimi için önce MAX fazlarının gerekli olduğunu belirtti. MAX fazları, alüminyum, titanyum ve karbon katmanlarından oluşan malzemelerdir. Geleneksel yöntemde, alüminyum katmanı uzaklaştırmak için hidroflorik asit kullanılır. Bu işlem sonucunda atomik ince tabakalar elde edilir ve MXene sürtünmesi az, yüksek performanslı bir yağlayıcı hâline gelir.
Ancak hidroflorik asit son derece zehirli ve tehlikelidir. İşlenmesi güç olan atıklar oluşturur. Bu durum MXene’nin endüstride yaygınlaşmasını engellemiştir. Birçok firma bu riskli süreci uygulamak istememiştir.
Yeni Yöntemde Elektrik ve Güvenli Kimyasallar Kullanılıyor
Araştırma ekibi, hidroflorik asit yerine sodyum tetrafloroborat ve hidroklorik asit karışımını kullandığı elektrikli bir yöntem geliştirdi. Bu yöntemde sabit elektrik akımı yerine, kısa süreli voltaj darbeleri (katodik pulslar) uygulanıyor. Oluşan küçük hidrojen kabarcıkları malzemenin yüzeyini sürekli aktif tutarak alüminyumun daha etkili ve sürekli ayrışmasını sağlıyor.
Bilotto, elektrokimyanın MAX fazındaki alüminyum bağlarını kırmak için alternatif sunduğunu açıkladı. Uygun voltaj seçilerek sadece alüminyum atomları uzaklaştırılıyor ve yüksek saflıkta elektro-kimyasal MXene (EC-MXene) elde ediliyor. Yeni yöntemle yapılan üretimde tek seferde %60’a varan yüksek verim elde edildi. İstenmeyen yan ürün oluşmadı. Malzemenin kimyasal ve fiziksel özellikleri SEM/EDX, XPS, LEIS, AFM, TEM, Raman ve XRD gibi ileri analiz teknikleriyle detaylıca incelendi.
Pulslu elektrik yaklaşımı sadece verimi artırmakla kalmadı, süreç boyunca yüzeyin temiz ve reaktif kalmasını sağlayarak ürün kalitesini de yükseltti. Bilotto, MXene sentezini herkesin uygulayabileceği kadar basit hâle getirmeyi amaçladıklarını ve bu hedefe çok yaklaştıklarını belirtti.
TU Wien ve iş ortaklarının geliştirdiği yeni elektro-kimyasal yöntem, MXene üretiminde devrim yaratma potansiyeline sahip. Zararlı kimyasalları ortadan kaldırarak, güvenliği artırıyor ve üretim süreçlerini kolaylaştırıyor. Bu gelişme, mucize malzemenin endüstriyel uygulamalarda daha yaygın kullanılmasının önünü açabilir.
