Kore Bilim ve Teknoloji Enstitüsü’ndeki (KIST) araştırmacılar, gelecekteki mikroişlemci tasarımlarında doğrudan uygulamalara sahip olabilecek sentetik bir malzemenin seri üretimini gerçekleştirdi. Liderliğindeki bir ekip Seung-Cheol Lee ve diğerleri. MXene olarak bilinen ve bir malzemenin elektronik özelliklerinin (ve diğerlerinin) atom düzeyinde mühendisliğini mümkün kılan sentetik bir bileşiğin seri üretiminin önündeki son engeli de artık çözdü. Engel mi? Kalite Kontrol ve verimle ilgili asırlık üretim sorunları.
MXene kelimesinin bu spesifik malzemeye değil, bir özel malzemeye atıfta bulunduğunu bilmeden MXene hakkında konuşamayız. sınıf malzemelerden. MXenlerBu malzeme sınıfı bilindiği üzere, atomik olarak ince karbür, nitrür veya karbonitrür katmanlarından oluşan iki boyutlu bir bileşiktir. Bileşiklerin önceden hazırlanmasını gerektiren karmaşık bir aşındırma işlemi sayesinde üretim artık atom düzeyinde tasarlanmış malzemeler üretebiliyor.
MXene’lerin sentezlenmesi, bileşiklerin atomik seviyede karıştırılmasını, kendilerini yeniden organize etmelerini ve yeniden organizasyonlarına yardımcı olmayı gerektirir. Yeniden düzenleme, sinterleme, aşındırma gibi işlemler yoluyla gerçekleşebilir. pul pul dökülme (ilgilenmediğimiz bazı atom altı parçacıklar taradı bileşikten), interkalasyon için hazırlanması (elektrik iletkenliğini artıran yabancı, pozitif yüklü katyonların eklenmesi) ve delaminasyon (atom katmanlarının daha kullanışlı ve Tetris benzeri parçalara bölündüğü yer).
Bu ilk karıştırma aşaması için seçtiğimiz bileşenler, iyon transfer yeteneklerinin ve diğerlerinin iyileştirilmesi yoluyla, malzememizin daha düşük elektrik direnci gibi (özellikle en hızlı ve daha verimli CPU’ya sahip olma amaçlarımız açısından ilginç) nihai elektriksel özelliklerini belirleyecektir. daha egzotik faydalar.
Daha sonra MXene’ler genellikle bir sinterleme reaksiyon, ya ısıtıldıkları ya da öyle bir basınca maruz bırakıldıkları bir süreç ki, bileşikler temel özelliklerini değiştirmeden, bizim ihtiyaçlarımıza göre yararlı bir şekilde kendilerini yeniden düzenliyorlar. Bazı malzemeler için bu nokta yaklaşık olarak yakındır. sıvılaşma mümkün olduğu kadar: tek ayak üzerinde hassas denge sağlamak. Bu malzemelerin haricinde, bu atomik hassasiyet, tercih ettiğimiz bileşik için yalnızca 1 nanometre kalınlığında ölçülen nano tabakaların oluşturulmasına olanak sağlar.
Koreli araştırmacıların MXene üretim süreci, yarı iletken silisinden (Sc2CF2) türetilen bir bileşik üzerinde yapılıyor. Sc2CO2ve başka bir yarı iletken Sc2C(OH)2. Bu elementler (temel parçacıkların bileşikleri) ilginç elektronik ve optik özellikler göstermiştir. Bunlar, kısmen elektrotların, elektrolitlerin ve ayırıcıların stabilitesini ve performansını artırarak piller ve süper kapasitörlerdeki uygulamaların kilidini açabilir, ancak aynı zamanda transistörlere ve diğer bitlere uygulandığında gelecekteki yarı iletken üretim süreçleri için potansiyel malzemeler olarak da kullanılabilir.
Ancak atom düzeyinde düzenlenmiş 2 boyutlu, atom kadar ince bileşik dilimleri üretmenin bir sorunu, atom altı düzenlemelerin doğru olup olmadığını doğrulamanın da son derece zor olmasıdır: Bu kadar küçük bir şeyin içini görmek zordur. Şimdiye kadar üretilen MXene’lere kalite kontrolü uygulamadaki bu zorluk, bu katmanların çalışıp çalışmadığını doğrulamanın çok yavaş olması anlamına geliyordu; Seung-Cheol Lee tarafından yürütülen araştırmanın bir açıklamasında “yüksek performanslı bir elektron mikroskobuyla bile yüzeydeki molekülleri analiz etmenin birkaç gün sürdüğü” belirtiliyor.
Tek bir bileşik katmanın incelenmesi için birkaç gün gerekmesi, seri üretim için asla yeterli olmayacaktır. Çözüm fizikten geldi: nano tabakaların yüzeyini tarayarak Salon Saçılma Faktörü (tescilli bir algoritma aracılığıyla), araştırmacılar nano tabakanın malzemelerinin iki olası uygulama alanından birine girip girmediğini belirleyebilirler. Matematiğe bağlı olarak, Hall Faktörü Katsayısı 1’den düşük olan malzemeler “yüksek performanslı transistörlere, yüksek frekanslı jeneratörlere, yüksek verimli sensörlere ve fotodetektörlere” uygulanabilir; 1’den büyükse “termoelektrik malzemelere ve manyetik sensörlere uygulanabilir.”
Her ikisini de ayırt etme yeteneği (ve bunu yalnızca bir algoritma uygulayarak) seri üretimin başlangıç noktasıdır.
IKIST direktörü Seung-Cheol Lee, “Saf MXene’nin üretimi ve özelliklerine odaklanan önceki çalışmaların aksine, bu çalışma, üretilen MXene’yi kolayca sınıflandırmak için yüzey moleküler analizine yönelik yeni bir yöntem sağlaması açısından önemlidir” dedi. “Bu sonucu deneysel çalışmalarla birleştirerek, MXene’nin aynı kalitede seri üretimi için kullanılacak olan MXene’nin üretim sürecini kontrol edebilmeyi umuyoruz.”
MXene sınıfı malzemeler, bir şeyler sunmak üzere tasarlanmış pratik, sentetik bileşiklerin kapısını açar daha yakın transistörlerimizin, elektrotlarımızın ve diğerlerimizin ideal özelliklere sahip olmasını isteriz tasarım araçları sahip olmak. Bu özel bileşik karışımı MXene’den yararlanan ürünleri ne kadar bekleyeceğimizi zaman gösterecek. Kalite kontrol ve verim doğrulamanın kapısı artık açık olsa da, bu yeteneği bulmak başka şey, onu geniş ölçekte üretmek için gereken kaynak miktarına yatırım yapmak başka şey. Ancak eğer malzeme gerçekten yapması gerekeni yapıyorsa (elektroniği geliştiriyorsa), o zaman bunu bir an önce istiyoruz. Moore Yasası tüm bunlara ihtiyaç duyuyor gibi görünüyor yaratıcılık alabilir.
