Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neuer Weg zu atomar dünnen Materialien

05.04.2018

Weg mit dem Silizium: Titancarbid-Nanoplättchen aus Titansiliziumcarbid durch selektives Ätzen

Als Materialien für Elektroden in Akkus und Superkondensatoren haben sich aufgrund ihrer metallischen Leitfähigkeit und ihrer Wasserverträglichkeit sogenannte MXene etabliert. Darüber hinaus eignen sie sich für Anwendungen wie die photothermische Krebstherapie, elektromagnetische Abschirmung, Wasseraufbereitung und Gassensorik.


Herstellung von Titancarbid-MXenen durch selektives Entfernen von Silizium aus Ti3SiC2.

(c) Wiley-VCH

In der Zeitschrift Angewandte Chemie stellen Forscher jetzt eine neue Methode zur Herstellung des MXenes Titancarbid vor. Anstatt das konventionelle, aber teure Titanaluminiumcarbid zu verwenden, ätzen sie Silizium selektiv aus Titansiliziumcarbid heraus, das eine kostengünstigere und gebräuchlichere Vorstufe darstellt.

Zweidimensionale Materialien aus extrem dünnen Lagen, die nur wenige Atome dick sind, haben einzigartige Eigenschaften, die ganz anders ausfallen als die ihrer dreidimensionalen Varianten. Prominentestes Beispiel ist Graphen, das aus einer einzelnen Lage von Kohlenstoffatomen besteht. 2011 wurde an der Drexel University (Philadelphia, USA) eine neue Klasse zweidimensionaler Materialien synthetisiert: Diese sogenannten MXene werden aus Übergangsmetall-Carbiden und –Nitriden hergestellt.

Das M steht dabei für ein Übergangsmetall, wie Titan, Vanadium oder Molybdän, das X kann Kohlenstoff und/oder Stickstoff sein. Viele verschiedene Verbindungen dieses Typs sind möglich, etwa 30 wurden bereits experimentell bestätigt, Dutzende weitere werden erwartet. Titancarbid Ti3C2 ist ein bekanntes MXen.

Um die begehrten MXene zu erhalten, muss man einen Umweg wählen: Aus schichtartig aufgebauten Carbiden bzw. Nitriden, die als MAX-Phasen bezeichnet werden, ätzt man mit Flusssäure selektiv die Schichten aus dem „A-Element“ heraus, einem Element der 3. oder 4. Hauptgruppe, beispielsweise Aluminium, Silicium oder Germanium. So lässt sich Titancarbid durch Herausätzen von Aluminium aus Titanaluminiumcarbid Ti3AlC2 gewinnen.

Dieser Ausgangsstoff ist jedoch teuer und die Herstellung ist komplex. Das Silizium-Analogon Titansiliziumcarbid Ti3SiC2 ist dagegen kommerziell erhältlich und günstiger. Ti3SiC2 war die erste MAX-Phase, die Wissenschaftler der Drexel University 2011 selektiv mit Flusssäure ätzen wollten. Sie blieben jedoch erfolglos, da die Siliziumatome sehr fest an die benachbarten Übergangsmetallatome gebunden sind.

Das Team um Yury Gogotsi von der Drexel University hat nun eine erfolgreiche Verfahrensvariante entwickelt: Durch Zugabe eines Oxidationsmittels konnten sie die Bindungen schwächen und Silizium oxidieren. Mit Mischungen aus Flusssäure und einem Oxidationsmittel wie Salpetersäure, Wasserstoffperoxid oder Kaliumpermanganat gelang es dem Team, Titancarbid-MXene durch selektives Entfernen von Silizium aus Ti3SiC2 herzustellen.

Nach dem Ätzen bleiben stapelartig angeordnete Titancarbid-Strukturen übrig, die sich zu einzelnen Schuppen von etwa einem Nanometer Dicke delaminieren lassen. Mit der neuen Methode konnten die Forscher flexible, elektrisch leitfähige Titancarbid-Filme in größeren Mengen herstellen.

Die neue Methode könnte die Produktion von MXenen vereinfachen und eröffnet Wege zur Herstellung neuer MXene und verwandter zweidimensionaler Materialien aus Silizium-haltigen Vorstufen. So ließe sich die Palette zweidimensionaler Nano-Schichten erweitern, die Wissenschaft und Technik zur Verfügung steht.

Angewandte Chemie: Presseinfo 09/2018

Autor: Yury Gogotsi, Drexel University (USA), http://nano.materials.drexel.edu/

Link zum Originalbeitrag: https://doi.org/10.1002/ange.201802232

Angewandte Chemie, Postfach 101161, 69451 Weinheim, Germany.

Weitere Informationen:

http://presse.angewandte.de

Dr. Karin J. Schmitz | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Die steifsten Leichtbaumaterialien überhaupt
12.12.2018 | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)

nachricht Künstliches Perlmutt nach Mass
12.12.2018 | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Quantenkryptographie ist bereit für das Netz

Wiener Quantenforscher der ÖAW realisierten in Zusammenarbeit mit dem AIT erstmals ein quantenphysikalisch verschlüsseltes Netzwerk zwischen vier aktiven Teilnehmern. Diesen wissenschaftlichen Durchbruch würdigt das Fachjournal „Nature“ nun mit einer Cover-Story.

Alice und Bob bekommen Gesellschaft: Bisher fand quantenkryptographisch verschlüsselte Kommunikation primär zwischen zwei aktiven Teilnehmern, zumeist Alice...

Im Focus: An energy-efficient way to stay warm: Sew high-tech heating patches to your clothes

Personal patches could reduce energy waste in buildings, Rutgers-led study says

What if, instead of turning up the thermostat, you could warm up with high-tech, flexible patches sewn into your clothes - while significantly reducing your...

Im Focus: Tödliche Kombination: Medikamenten-Cocktail dreht Krebszellen den Saft ab

Zusammen mit einem Blutdrucksenker hemmt ein häufig verwendetes Diabetes-Medikament gezielt das Krebswachstum – dies haben Forschende am Biozentrum der Universität Basel vor zwei Jahren entdeckt. In einer Folgestudie, die kürzlich in «Cell Reports» veröffentlicht wurde, berichten die Wissenschaftler nun, dass dieser Medikamenten-Cocktail die Energieversorgung von Krebszellen kappt und sie dadurch abtötet.

Das oft verschriebene Diabetes-Medikament Metformin senkt nicht nur den Blutzuckerspiegel, sondern hat auch eine krebshemmende Wirkung. Jedoch ist die gängige...

Im Focus: Lethal combination: Drug cocktail turns off the juice to cancer cells

A widely used diabetes medication combined with an antihypertensive drug specifically inhibits tumor growth – this was discovered by researchers from the University of Basel’s Biozentrum two years ago. In a follow-up study, recently published in “Cell Reports”, the scientists report that this drug cocktail induces cancer cell death by switching off their energy supply.

The widely used anti-diabetes drug metformin not only reduces blood sugar but also has an anti-cancer effect. However, the metformin dose commonly used in the...

Im Focus: New Foldable Drone Flies through Narrow Holes in Rescue Missions

A research team from the University of Zurich has developed a new drone that can retract its propeller arms in flight and make itself small to fit through narrow gaps and holes. This is particularly useful when searching for victims of natural disasters.

Inspecting a damaged building after an earthquake or during a fire is exactly the kind of job that human rescuers would like drones to do for them. A flying...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Konferenz zu Usability und künstlicher Intelligenz an der Universität Mannheim

13.12.2018 | Veranstaltungen

Show Time für digitale Medizin-Innovationen

13.12.2018 | Veranstaltungen

ICTM Conference 2019 in Aachen: Digitalisierung als Zukunftstrend für den Turbomaschinenbau

12.12.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Forschungsprojekt FastCharge: Ultra-Schnellladetechnologie bereit für die Elektrofahrzeuge der Zukunft

13.12.2018 | Energie und Elektrotechnik

GFOS-Innovationsaward 2019: Anmeldung ab sofort möglich

13.12.2018 | Förderungen Preise

Quantenkryptographie ist bereit für das Netz

13.12.2018 | Informationstechnologie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics