MXener öppnar för framtidens nanoteknologi

24 juni 2021

Anders Ryttarson Törneholm

Konstgjorda njurar, kraftfulla batterier och effektiv vattenrening är några av framtidens användningsområden för en grupp ultratunna material som kallas MXener. Det menar forskare från bland annat Linköpings universitetet i en artikel i tidskriften Science.

Professor Johanna Rosén. — "Det finns fortfarande många egenskaper och tillämpningar kvar upptäcka som kan lösa många av dagens utmaningar inom både teknik och medicin", säger Johanna Rosén, professor vid Institutionen för fysik, kemi och biologi. Fotograf: Anna Nilsen

Material som endast är ett eller ett par atomlager i tvärsnitt får ovanliga egenskaper tack vare sin tjocklek. Det kan till exempel vara god förmåga att leda elektricitet, hög hållfasthet eller värmetålighet. Egenskaperna gör att ultratunna material visar stor potential för att användas i framtida teknologiska lösningar. Det mest välkända materialet är grafen och sedan det upptäcktes har jakten på fler ultratunna, eller tvådimensionella, material ökat i intensitet.

Grafen och många andra tvådimensionella material är vanligtvis antingen halvledare, halvmetaller eller polariserade isolatorer. Avsaknaden av ultratunna metalliska ledare hindrar utvecklingen av komponenter helt baserade på tvådimensionella material.

Energilagring och vattenrening

År 2011 upptäcktes en ny grupp med tvådimensionella material som kallas MXener. De består av en metall i kombination med antingen kol- eller kväveatomer. Upptäckten kompletterar de övriga tvådimensionella materialen i och med att MXener är just metalliska ledare och öppnar dörren för helt nya tillämpningar på nanoskala.

Nu har Johanna Rosén, professor vid Institutionen för fysik, kemi och biologi vid Linköpings universitet, tillsammans med kollegor vid Drexel University i USA skrivit en artikel i Science om framtiden för MXener och vilken påverkan de förväntas ha. Professor Johanna Rosén. Många MXener har utvecklats vid Linköpings universitet. Foto Anna Nilsen

– Det finns mängder av tänkbara tillämpningar. Det som ligger närmast i tiden är främst effektiv energilagring i form av batterier och superkondensatorer samt avskärmning av elektromagnetism. Men på sikt kommer vi kunna göra filter för luft- och vattenrening, antenner för nästa generations kommunikation och en mängd andra användningsområden som vi ännu inte tänkt på, säger Johanna Rosén.

Biokompatibla

Många MXener är dessutom kompatibla med levande vävnad, alltså biokompatibla, icke-toxiska och miljövänliga och studeras därför för möjliga biomedicinska tillämpningar. Enligt forskarna kan en sådan tillämpning på sikt vara konstgjorda njurar som skulle göra det möjligt att slippa dialys, eller ge behandling där det inte finns tillgång till dialysmaskiner.

Den första MXenen som upptäcktes var titankarbid, Ti₃C₂, och nu tio år senare finns cirka 50 olika MXener varav många har utvecklats vid Linköpings universitet. Men tack vare framställningsmetoden är kombinationsmöjligheterna näst intill oändliga. Det innebär att det på sikt kan finnas tusentals MXener med olika skräddarsydda egenskaper.

– MXener upptäcktes för endast tio år sedan men har vuxit som forskningsfält i väldigt snabb takt. Idag publiceras cirka 6600 vetenskapliga artiklar årligen. Men det finns fortfarande många egenskaper och tillämpningar kvar upptäcka som kan lösa många av dagens utmaningar inom både teknik och medicin, säger Johanna Rosén.

Artikeln: The world of two-dimensional carbides and nitrides (MXenes) Armin Vahid Mohammadi, Johanna Rosen, Yury Gogotsi Science 2021 Vol. 372 doi: 10.1126/science.abf1581

Kontakt

Relaterade nyheter

Johanna Rosén invald i Kungliga vetenskapsakademien

Linköpingsprofessorn Johanna Rosén har blivit invald som ny ledamot i Kungliga vetenskapsakademien, KVA, i klassen för tekniska vetenskaper. Hon är en av fem nya ledamöter.

Starkare Berzelius är redo för framtidens forskning

Nu är den senaste uppgraderingen av superdatorn Berzelius vid LiU klar. Med en fördubblad kapacitet kan forskare i hela Sverige ta sig an samtidens och framtidens utmaningar inom bland annat materialvetenskap, bioinformatik och maskininlärning.

Forskning för hållbar framtid får nära 20 miljoner i bidrag

Ett oväntat samarbete mellan materialvetenskap och beteendevetenskap. Utveckling av bättre tjänster för att hantera klimatförändringarna. Det är två forskningsprojekt vid LiU som får stora stöd från Marianne och Marcus Wallenbergs stiftelse.

Relaterat innehåll

Institutionen för fysik, kemi och biologi (IFM)

Vid Institutionen för fysik, kemi och biologi (IFM) bedrivs forskning och utbildning inom biologi, kemi, materialfysik, tillämpad fysik och teori och modellering.

Senaste nytt från LiU

Nytt centrum driver hållbarhetsomställningen

Med uppdraget att katalysera forskning och samverkan kring hållbar samhällstransformation, blir centret LiU Sustainability Transformations, C4ST, en ny mötesplats för nytänkande och samarbete – både inom och utanför Linköpings universitetet.

Den första maskinen som användes för att analysera torkning med torr luft.

Nobelprisbelönad teknik torkar spannmål – utan värme

Nobelprisbelönad teknik används nu i svenskt lantbruk. På Hasta Gård har försök visat att spannmål kan torkas utan värme och med betydligt mindre energi. Forskningen bedrivs inom ett innovationsprojekt där bland annat Agtech Sweden vid LiU medverkar.

Äldre man och ett litet barn skrattar mot varandra.

Mannens livsstil kan påverka barnbarnens hälsa

Kost, rökning och infektioner bidrar till ett slags biologiskt minne som kan föras över till kommande barn. LiU-forskare har i en översiktsartikel lagt fram en teori om pappans bidrag till sina ättlingars skydd mot infektioner.