“梦想材料”麦辛实现量产之路已打开

韩国研究团队打开了实现“梦想材料”MXene（麦辛）大规模生产的通路。

在麦辛中预测的霍尔散射因子
在麦辛中测量霍尔散射因子的方法中，B表示磁场方向，原本应沿直线运动的电子会在磁场作用下向右偏转，而偏转程度因表面官能团不同而变化。图片出处 KIST提供

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韩国科学技术研究院（KIST）17日表示，Lee Seungcheol 韩印合作中心博士研究团队利用MXene的磁输运（Magnetoresistance）特性，开发出一种预测其表面分子分布的方法。运用这一方法，只需简单测量即可分析MXene的分子分布，从而在生产过程中实现质量管理，有望由此打通迄今为止难以实现的大规模生产之路。

2011年开发的MXene是一种金属层与碳层交替堆叠的二维纳米材料，具备高电导率，并可与多种金属化合物组合，是可用于半导体、电子器件、传感器等多种产业的材料。要充分利用MXene，掌握其表面覆盖分子的种类和含量至关重要。如果表面覆盖的分子是氟，MXene的电导率会降低，电磁波屏蔽效率随之下降。然而，由于其厚度仅约1纳米（nm，十亿分之一米），即便使用高性能电子显微镜，对其表面附着分子进行分析也需耗时数日，因此迄今难以实现大规模生产。

研究团队注意到，表面附着分子的不同会导致电导率或磁性特性发生变化，由此开发出一个用于预测二维材料物性的程序。结果表明，通过计算MXene的磁输运特性，无需额外装置，即可在常压和室温条件下成功分析吸附在MXene表面的分子种类和含量。

通过已开发的物性预测程序对MXene表面进行分析后，研究团队预测到，影响磁输运的霍尔散射因子（Hall Scattering Factor）会因表面分子种类不同而发生剧烈变化。霍尔散射因子是表征半导体材料电荷输运特性的物理常数。研究团队确认，即使制造的是同一种MXene，当表面分子为氟时，其霍尔散射因子最高，为2.49；为氧时为0.5；为氢氧基时为1，并据此实现了对分子分布的分析。

MXene的应用领域会因霍尔散射因子的数值而不同：当其值低于1时，可用于高性能晶体管、高频信号产生器件、高效率传感器以及光探测器等；当其值高于1时，则可应用于热电材料、磁传感器等。考虑到MXene的尺度小于数纳米，未来有望大幅缩小可应用器件的尺寸并显著降低其所需功耗。

该中心主任表示：“本次研究不同于以往专注于纯MXene制备与特性的研究，而是开发了新的表面分子分析方法，便于对已制备的MXene进行简易分类”，“以这一成果为基础，预计有望实现具有均一品质的MXene的大规模生产”。

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本次研究结果被纳入纳米科学领域国际学术期刊《Nanoscale》（影响因子6.7）评选的年度值得关注论文（2023 Hot Article Collection），并于今年6月28日发表。

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