研究人员利用附着在MXene表面的分子的磁传输特性开发了一种分析模型。建立一种属性预测和分类系统有望用于生产具有均质质量的MXene。
MXene是一种二维纳米材料，由交替排列的金属和碳层构成，具有高电导率，并可以与各种金属化合物结合，使其成为可以在半导体、电子设备和传感器等各个行业中利用的材料。
为了正确利用MXene，了解覆盖在表面上的分子类型和数量是至关重要的。如果表面上覆盖的分子是氟，电导率会降低，电磁波屏蔽效率也会降低。然而，由于MXene只有1纳米（一米的十亿分之一）厚，即使使用高性能电子显微镜，分析表面上的分子也需要数天时间，因此迄今为止无法进行大规模生产。
分析MXene表面的突破性研究
由韩国科学技术研究院（KIST）印度-韩国科学技术中心（IKST）主任Seung-Cheol Lee领导的研究团队，开发出了一种利用MXene的磁电阻特性预测表面分子分布的方法。通过利用这种方法，可以用简单的测量手段测量MXene的分子分布情况，实现生产过程中的质量控制，有望打开迄今为止不可能实现的大规模生产之路。
研究团队基于以下观点开发了一种基于二维材料属性预测程序：电导率或磁性特性取决于附着在表面上的分子。结果，他们计算出MXene的磁传输特性，并成功分析了大气压力和室温下MXene表面吸附的分子类型和数量，无需任何额外设备。
霍尔散射因子及其应用
通过使用开发的属性预测程序分析MXene的表面，预测出影响磁传输的霍尔散射因子在不同表面分子类型下会发生剧变。霍尔散射因子是描述半导体材料载流子性质的物理常数，研究团队发现，即使使用相同的MXene制备，氟的霍尔散射因子值最高为2.49，氧的值为0.5，羟基的值为1，这使得他们能够分析分子的分布情况。
根据霍尔散射系数的不同数值，具有不同的应用。如果数值小于1，则可应用于高性能晶体管、高频发生器、高效传感器和光电检测器；如果数值大于1，则可应用于热电材料和磁性传感器。考虑到MXene的尺寸只有几纳米甚至更小，因此适用设备的尺寸和所需功率量级可以大大减小。
结论与未来展望
“与之前关注纯净MXene生产和性质的研究不同，本研究具有重要意义，它提供了一种新的表面分子分析方法，可以轻松对已制造的MXene进行分类，”IKST主任Seung-Cheol Lee表示。“通过将这一结果与实验研究相结合，我们希望能够控制MXene的生产过程，并实现统一质量的大规模生产。”
参考文献：“Can magnetotransport properties provide insight into the functional groups in semiconducting MXenes? ”，Namitha Anna Koshi, Anup Kumar Mandia, Bhaskaran Muralidharan, Seung-Cheol Lee和Satadeep Bhattacharjee，2023年4月14日，Nanoscale.DOI: 10.1039/D2NR06409J
IKST成立于2010年，致力于计算科学领域的理论、源代码和软件研究。特别是源代码是一种实现可以进行建模和仿真的算法的编程语言，被视为计算科学领域的原创研究，该中心与印度诸如IIT Bombay等大学和研究机构开展合作研究，以开发源代码。
