Rewolucyjny materiał. Pracują nad nim Polacy

MXeny to grupa materiałów dwuwymiarowych, które zostały odkryte w 2011 roku na Uniwersytecie Drexela w USA. Mówi się o nich, że mogą zrewolucjonizować inżynierię materiałową. Znajdą zastosowanie m.in. w magazynowaniu energii, wytwarzaniu ogniw do baterii, ochronie przez wpływem promieniowania elektromagnetycznego czy budowie czujników. Prace nad MXenami rozpoczęli badacze z Sieci Badawczej Łukasiewicz – Poznańskiego Instytutu Technologicznego w konsorcjum z dziesięcioma zagranicznymi partnerami.

"To może być 'game changer' w inżynierii materiałowej" - czytamy w komunikacie przesłanym przez Sieć Badawczą Łukasiewicz - Poznański Instytut Technologiczny. Mowa o MXenach, materiałach dwuwymiarowych, czyli o pojedynczej warstwie atomowej, nazywanych węglikami, azotkami i węglikoazotkami metali przejściowych.

MXeny charakteryzują się dużą przewodnością elektryczną i są wewnętrznie hydrofilowe. Mają ogromny potencjał, dlatego też naukowcy z wielu ośrodków badawczych pracują nad metodami ich wytwarzania, charakteryzacji czy zastosowań. A tych może być wiele.

Dalsza część artykułu pod materiałem wideo

- Dzisiaj można już jednoznacznie stwierdzić, że MXeny będą miały zastosowanie w magazynowaniu energii, ekranowaniu pola elektromagnetycznego, oczyszczaniu wody, budowie czujników i biosensorów, smarowaniu czy też katalizie – tłumaczy w komunikacie dr hab. inż. Dariusz Garbiec, z-ca dyrektora Łukasiewicz – Poznańskiego Instytutu Technologicznego.

Prace nad MXenami rozpoczęli też naukowcy z Sieci Badawczej Łukasiewicz – Poznańskiego Instytutu Technologicznego w ramach konsorcjum SAFARI, w którym znalazło się jeszcze dziesięć innych podmiotów z całego świta: Creative Nano, Universidad de Burgos, Instituto Tecnológico del Embalaje Transporte y Logística, Instituto de Soldadura e Qualidade, AIMEN Centro Tecnológico, Danish Technical Institute, Israel Aerospace Industries, ThinkWorks, AXIA Innovation oraz Metrohm Drop Sens. Koordynatorem projektu został dr hab. inż. Dariusz Garbiec.

MXeny mogą znaleźć również zastosowanie w przemyśle lotniczym i obronnym i to właśnie jeden z kierunków, w których ma być realizowany projekt SAFARI przez Łukasiewicz – PIT.

– Dzięki opracowanej w ramach SAFARI technologii być może uda nam się wytworzyć ekrany chroniące nie tylko przez promieniowaniem elektromagnetycznym, ale być może również impulsami elektromagnetycznymi, co mogłoby zrewolucjonizować przemysł obronny – mówi dr hab. inż. Dariusz Garbiec. – Wypuszczenie silnego impulsu elektromagnetycznego przez przeciwnika tak naprawdę unieruchamia całą elektronikę. Każdy samochód, czołg czy samolot staje się niezdatny do użycia bojowego i wtedy pozostaje tylko powrót do sprzętów tradycyjnych, które elektroniki w sobie nie mają. Ale nie o to przecież chodzi. Ten przykład pokazuje siłę, znaczenie i potencjał drzemiący w tej nowej rodzinie materiałów, która z sukcesem będzie mogła być wykorzystana głównie w przemyśle zbrojeniowym – dodaje.

W ramach projektu SAFARI badacze opracują kompletną technologię wytwarzania MXenów. Ta, która jest stosowana obecnie, jest mało wydajna (rzędu kilku procent), trudna, kosztowna i mało ekologiczna. Wykorzystuje się w niej kwas fluorowodorowy, który jest szkodliwy dla zdrowia ludzi i dla środowiska. Nowa technologia będzie bardziej wydajna – wskazują na to już pierwsze próby – oraz ma znacząco ograniczyć stosowanie kwasów.

Projekt zakłada też pierwsze próby aplikacji wyprodukowanych materiałów, w tym do sensorów na potrzeby przemysłu medycznego, czy też do wspomnianego już ekranowania pola elektromagnetycznego na potrzeby przemysłu zbrojeniowego.

SAFARI jest drugim pod względem wielkości dofinansowania projektem badawczym finansowanym z programu Horyzont Europa. Jest on wart 3,7 mln euro i realizowany jest z udziałem 11 konsorcjantów, a koordynuje go Łukasiewicz – Poznański Instytut Technologiczny.