Prestiżowa publikacja zespołu z naszego wydziału w "Advanced Materials"

Materiały dwuwymiarowe (2D) to supercienkie płatki lub warstwy o grubości atomowej, praktycznie przeświecalne przez światło a jednocześnie niezwykle wytrzymałe. Ich prekursorem był grafen, a od czasu jego odkrycia, obserwuje się lawinowy wzrost zainteresowania nowymi materiałami 2D. Tej tematyki dotyczy właśnie świeżo opublikowana praca, a dokładniej, nowej grupy materiałów 2D – faz MBenes.
 

Czy fazy MBenes są podobne do niedawno omawianych faz MXenes? Sądząc po nazwie, wydają się podobne.

Tak, są bardzo podobne, ale jednocześnie tak bardzo różne. – wyjaśnia dr hab. inż. Agnieszka Jastrzębska. Fazy MXenes znamy już od dziesięciu lat jako węgliki i azotki wczesnych metali przejściowych. Są to materiały przyszłości, ponieważ potrafią łączyć właściwości, które zwyczajnie wydają się sprzeczne, jak na przykład przewodność elektryczna i perfekcyjna hydrofilowość powierzchni. Takie same cechy posiadają MBenes, czyli borki wczesnych metali przejściowych.
Jednak to, co czyni z nich całkowicie unikatową i niepowtarzalną rodziną materiałów 2D, to szkielet wykonany z atomów boru. W przeciwieństwie do całkowicie planarnej struktury MXene, uzyskiwanej dzięki atomom węgla lub azotu, MBenes mają atomy boru ułożone w subtelną strukturę trójwymiarową (3D). Oznacza to, że mimo wrażenia struktury dwuwymiarowej, na poziomie atomowym i komórki elementarnej mamy całą gamę różnych schematów dla położeń atomów boru. Szczególnie dobrze widać to na zdjęciu SEM, na którym krawędzie płatków przypominają porowatą gąbkę.
 

Możemy więc spodziewać się dla nich ciekawych właściwości. Jak otrzymuje się fazy MBenes?

Tutaj właśnie ich nazwa wskazuje na spore podobieństwo do MXenes. – wskazuje naukowczyni. MBenes otrzymuje się z metodą chemicznego wytrawiania pierwiastka A z wielowarstwowej fazy MAB i wydawałoby się, że sprawa jest tak samo prosta, jak w przypadku otrzymywania MXenes z faz MAX. Niestety, trójwymiarowość struktury opartej na atomach boru, utrudnia szybkie trawienie lub wręcz je uniemożliwia. Dlatego poszukujemy bardziej zaawansowanych metod syntezy i mamy na tym polu już pierwsze sukcesy.
 

Jest też już sukces w postaci prestiżowej publikacji pt. „2D MBenes: A Novel Member in the Flatland” - skąd się wziął pomysł na taki tytuł?

Tytuł oczywiście wskazuje na MBenes, jako jeden z najszybciej rozwijających się kierunków w obszarze materiałów 2D. Dzięki pracy z tzw. frontier materials, nawiązujemy współpracę z wieloma ośrodkami zagranicznymi. Właśnie ta publikacja powstała przy współpracy z prof. Andreasem Rosenkranzem z Universidad de Chile, Department of Chemical Engineering, Biotechnology and Materials Science.

Sądząc po popularności publikacji, można faktycznie powiedzieć, że jest to hot topic. - wyjaśnia prof. Rosenkranz, który również w swojej pracy naukowej zajmuje się materiałami 2D. Natomiast the Flatland nawiązuje wprost do książki z 1884 r. pod tytułem Flatland: A Romance of Many Dimensions, autorstwa Edwin A. Abbott oraz opartym na nim wykładzie Konstantina Novoselova, wygłoszonym w 2011 roku, tuż po otrzymaniu Nagrody Nobla za odkrycie grafenu wraz z Andre Geimem. – wyjaśnia prof. Jastrzębska. Podobnie jak nas zainspirował Sir Kostya Novoselov, mamy nadzieję, że nasza publikacja też będzie ciekawą inspiracją dla naukowców.
 

Niewątpliwie jest to wspaniała inspiracja dla przyszłych pokoleń młodych naukowców. A jaki będzie teraz kolejny krok zespołu?

Ależ jest wiele kierunków i wiele możliwych kroków! – żartują prof. Jastrzębska i Rosenkranz. A tak na poważnie, prowadzone wspólnie badania koncentrują się na rozpoznaniu tych szczególnych właściwości MBenes, które nie tylko przekraczają nasze wyobrażenia o materiałach, ale przede wszystkim wskazują na możliwość ich praktycznego wykorzystania. Perspektywa wymiany popularnego węgla i azotu na bor, stwarza nowe możliwości w zakresie wzajemnych relacji materiał-struktura-właściwość. Oczekujemy, że unikalność i zagadkowość faz MBenes umożliwi nowe odkrycia w chemii i fizyce materiałów, a co za tym idzie, przekroczenie nieosiągalnych dotychczas parametrów dla nowych systemów funkcjonalnych i wysokowydajnych materiałów, na przykład w ochronie zdrowia, środowiska, czy też poprawi wytrzymałość wyrobów opartych właśnie na tych materiałach.

Link do publikacji: https://onlinelibrary.wiley.com