德国德累斯顿-罗森多夫亥姆霍兹研究中心（HZDR）的科研团队近日研发出一种构建 MXene 的新方法。MXene 是一种用于下一代高科技领域的超薄材料，该方法能使其达到近乎完美的原子排列秩序。通过以熔盐和碘蒸气工艺取代传统的化学刻蚀法，研究团队有效消除了此前阻碍电子流动的表面无序问题。
MXene 由过渡金属与碳或氮的堆叠层构成，但其表面原子排列的杂乱无章一直限制了其性能表现。此前，科学家主要依赖化学刻蚀，但这会在材料表面留下氧、氟或氯的随机混合物。
德累斯顿工业大学的李冬齐（音译）博士解释道：“这种原子层面的无序会捕获并散射电子，就像高速公路上的坑洼会拖慢车流一样，从而限制了材料的性能。”
通过 GLS 方法实现精密合成
这项被称为“GLS 方法”的新技术，使研究人员能够精准控制附着在材料表面的卤素原子。通过利用固态 MAX 相与熔盐及碘蒸气的结合，团队成功从八种不同的基材中制备出了纯净、有序的 MXene 薄片。
这种结构上的精确性带来了性能上的巨大提升。在针对碳化钛 MXene 的测试中，团队观察到其宏观导电率提升了 160 倍，太赫兹导电率提升了 13 倍，电荷载流子迁移率也提高了近四倍。
李博士表示：“实验结果令人震惊。与传统方法制备的同类材料相比，氯封端的 MXene 变体在宏观导电率和太赫兹导电率上分别实现了 160 倍和 13 倍的增长。”
除了导电性能的提升，这种定制表面成分的能力也为特定应用带来了巨大潜力。研究人员指出，氯封端的 MXene 在 14-18 GHz 频段表现出极强的吸收能力，而溴基和碘基变体则对不同频率有相应的响应。
这种定制化特性有望推动先进雷达吸波涂层和电磁屏蔽技术的发展。HZDR 的 Mahdi Ghorbani-Asl 博士指出，这些发现为材料科学指明了明确的发展方向。
Ghorbani-Asl 表示：“通过将理论与我们精确控制表面终端的实验能力相结合，我们为开发稳定性更高、功能特性可定制的 MXene 开辟了一条新路径。”目前，该团队计划继续利用混合卤化物盐进行实验，以进一步优化该材料的电子和光学特性。
