رتبه ۱۹ جهانی ایران برای تولید علم در خانواده جدید نانومواد دوبعدی

نانو مواد دوبعدی که به آنها مکسین گفته می‌شود، یک نوع سرامیک‌ شکل‌پذیر و قابل ماشین‌کاری است که به عنوان خانواده‌ جدید از کاربیدها و نیتریدهای دوبعدی با خواص هدایت الکتریکی فلزی و آبدوستی اخیرا توجه محققان را به خود جلب کرده‌ است، به طوری که در سال ۲۰۲۰، رتبه‌ ۲۱ را به لحاظ تعداد مقالات منتشر شده در حوزه‌ نانومواد به خود اختصاص داده‌ است و ایران نیز در تولید علم در حوزه مکسین‌ها در جایگاه نوزدهم جهان ایستاده است.

کد خبر: ۴۷۴۴۰۵

تاریخ: ۲۵ تير ۱۴۰۱ - ۱۰:۰۵

به گزارش ایران اکونومیست، بعد از کشف خواص فیزیکی غیرمعمول گرافن با یک یا چند لایه اتمی در سال ۲۰۰۴، نانومواد دوبعدی توجه محققان را چنان به خود جلب کردند که تحقیقات به سرعت بر روی انواع آنها گسترش یافت. این اکتشاف نظرها را به سمت مواد دوبعدی غیر از گرافن که به آن "مکسین" گفته می‌شود نیز جلب کرد و به سرعت منجر به لایه‌لایه کردن و شناسایی سایر موادی که پیش‌ماده‌هایی با ساختار لایه‌ای داشتند، شد.

برای ورود به دنیای مکسین‌ها، لازم است که در ابتدا فاز مکس را که پیش‌ماده‌ اصلی تولید مکسین است، شناخت. فاز مکس ترکیب کاربید یا نیترید سه‌تایی از فلزات انتقالی اولیه با فرمول شیمیایی Mn+۱AXn است. در این فرمول M نماینده فلزات انتقالی اولیه مانند تیتانیوم، کروم، وانادیوم، مولیبدن و غیره، A عمدتاً عناصر گروه‌های ۱۳ و ۱۴ مانند سیلیسیوم، آلومینیوم، X نشانگر کربن و یا نیتروژن و n عددی بین ۱ تا ۴ است.

در سال ۲۰۱۱ اولین ترکیب مکسین توسط یک تیم تحقیقاتی در دانشگاه درکسل با عنوان (Ti۳C۲) از طریق غوطه‌ور کردن پودر فاز مکس Ti۳AlC۲ در هیدروفلوئوریک اسید در دمای محیط تهیه شد.

این سرامیک‌ها شکل‌پذیر بوده و قابلیت ماشین‌کاری دارند، به علت ساختار لایه‌ای، در هنگام تغییر شکل، ورقه ورقه می‌شوند و ترکیبی از خواص غیرمعمول و گاه منحصربه‌فردی بین خواص فلزات و سرامیک‌ها را نشان می‌دهند.

کشف مکسین‌ها به عنوان خانواده‌ای از کاربیدها و نیتریدهای دوبعدی با خواصی از جمله هدایت الکتریکی فلزی، آبدوستی، فرایندپذیری، بازده نسبتاً بالا و ورقه‌های بزرگ، تأثیر عمیقی بر کل حوزه علم مواد داشت و شانس بزرگی برای رفع بسیاری از چالش‌های نانومواد دوبعدی موجود از جمله هدایت الکترونیکی پایین، عدم استحکام کافی حین فرایند لایه لایه شدن و آبگریزی دارد.

تا کنون بیش از ۲۰۰ ترکیب مختلف پایدار MXene بر مبنای فلزات انتقالی مختلف و آلیاژهای آنها با کربن و نیتروژن شناسایی یا پیش‌بینی  شده‌اند.

بر اساس اطلاعات پایگاه Web of Science (WoS)، از سال ۲۰۱۲ با انتشار اولین مقاله پیرامون مکسین‌ها تا به امروز، این خانواده‌ جدید نانومواد دوبعدی همواره (به جز سال ۲۰۱۵) رتبه اول میانگین ارجاعات را به خود اختصاص داده‌اند؛ ضمن اینکه رشد شاخص "اچ ایندکس" مربوط به مقالات مکسین‌ها در طی این بازه‌ زمانی، آنها را قابل مقایسه با حوزه‌های پیشتازی همچون گرافن قرار داده است.

تعداد مقالات منتشر شده در رابطه با مکسین‌ها از سال ۲۰۱۲ تاکنون با رشد پیوسته و قابل ملاحظه همراه بوده است؛ به‌طوری که مکسین‌ها در سال ۲۰۲۰، رتبه‌ بیست و یکم را به لحاظ تعداد مقالات منتشر شده در حوزه‌ نانومواد به خود اختصاص داده‌اند.

چین، آمریکا، کره‌جنوبی، استرالیا، هند، انگلیس، سنگاپور، عربستان سعودی، ژاپن و آلمان به ترتیب ۱۰ کشور برتر به لحاظ تعداد مقالات منتشر شده در حوزه مکسین‌ها هستند. کشور ایران در این رتبه‌بندی جایگاه نوزدهم را به خود اختصاص داده است.

اتحادیه اروپا از سال ۲۰۱۴ طرحی موسوم به چشم‌انداز ۲۰۲۰ را به‌عنوان بزرگترین برنامه تحقیقاتی و نوآوری خود با بودجه‌ای بالغ بر ۸۰ میلیارد یورو و با هدف جذب سرمایه‌گذاران خصوصی و دولتی و توسعه‌ ایده‌های کارآمد آزمایشگاهی آغاز کرده است. هر پروژه توسط یک هماهنگ‌کننده رهبری شده و ممکن است با همکاری سایر مراکز دانشگاهی، تحقیقاتی و صنعتی به پیش برود. در میان پروژه‌های تحت حمایت این طرح، ۷ پروژه مرتبط با موضوع مکسین‌ها شناسایی شده، شامل پروژه‌هایی که به طور کامل در رابطه با مکسین‌ها تعریف شده‌اند و یا پروژه‌هایی که مکسین بخشی از فعالیت آنها را به خود اختصاص داده است.

تعداد پروژه‌های فعال مرتبط با مکسین در هر سال روند صعودی داشته است.

به نقل از ستاد نانو، مجموع بودجه اختصاص‌یافته مربوط به هفت پروژه مکسین ۶ میلیون یورو است که تمامی بودجه‌ این پروژه‌ها از اتحادیه اروپا تأمین شده است. در این بین سه کشور ایرلند، آلمان و لتونی به ترتیب بیشترین بودجه را به خود اختصاص داده‌اند.

بر اساس نظرات محققان برجسته‌ داخلی و بین‌المللی در مورد آینده مکسین‌ها، تحقیقات در این حوزه در حال رشد است. اگرچه پیش‌بینی آینده مکسین‌ها دشوار است اما با توجه به روند فعلی آنها، ممکن است در آینده از سایر نانومواد پیشی بگیرند. احتمال می‌رود که در مقایسه با گرافن و نانولوله‌های کربنی، حوزه مکسین‌ها آینده بهتری داشته باشد. ساخت این ماده به امکانات زیادی نیاز ندارد و هم‌اکنون در ایران نیز سنتز می‌شود.