در مورد مکسین‌ها چه می‌دانید؟

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 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 ‌ها، لازم است که در ابتدا فاز مکس، که پیش‌ماده‌ی اصلی تولید مکسین است، را شناخت. فاز مکس ترکیب کاربید یا نیترید سه‌تایی از فلزات انتقالی اولیه با فرمول شیمیایی Mn+1AXn است. در این فرمول M نماینده فلزات انتقالی اولیه مانند تیتانیوم، کروم، وانادیوم، مولیبدن و …، A عمدتاً عناصر گروه‌های ۱۳ و ۱۴ مانند سیلیسیوم، آلومینیوم و …، 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 کشف شد. اولین مکسین (Ti3C2) با غوطه‌ور نمودن پودر فاز مکس Ti3AlC2 در هیدروفلوئوریک اسید در دمای محیط تهیه شد.

این سرامیک‌های شکل‌پذیر و قابل ماشین‌کاری، 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 بود.

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 خانواده‌ی جدید نانومواد دوبعدی همواره (به جز سال ۲۰۱۵) رتبه اول میانگین ارجاعات را به خود اختصاص داده اند. ضمن اینکه رشد شاخص اچ  مربوط به مقالات مکسین‌ها در طی این بازه‌ی زمانی، آن‌ها را قابل مقایسه با حوزه‌های پیشتازی همچون قرار داده است. تعداد مقالات منتشر شده در رابطه با مکسین‌ها از سال ۲۰۱۲ تاکنون با رشد پیوسته و قابل ملاحظه همراه بوده است؛ به‌طوریکه مکسین‌ها در سال ۲۰۲۰، رتبه‌ی بیست و یکم را به لحاظ تعداد مقالات منتشر شده در حوزه‌ی نانومواد به خود اختصاص داده‌اند.

چین، آمریکا، کره‌جنوبی، استرالیا، هند، انگلیس، سنگاپور، عربستان سعودی، ژاپن و آلمان به ترتیب ده 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 توسعه‌ی 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، هفت پروژه مرتبط با موضوع مکسین‌ها شناسایی شده، شامل پروژه‌هایی که به طور کامل در رابطه با مکسین‌ها تعریف شده اند و یا پروژه‌هایی که مکسین بخشی از فعالیت آن‌ها را به خود اختصاص داده است. لازم به ذکر است که تعداد پروژه‎ه‌های فعال مرتبط با مکسین در هر سال روند صعودی داشته است.

مجموع بودجه اختصاص‌یافته مربوط به به هفت پروژه مکسین ۶ میلیون یورو است که تمامی بودجه‌ی 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 داده اند.

بر اساس نظرات محققان برجسته‌ی 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. اگرچه مکسین هنوز در ابتدای راه پژوهش قرار دارد، اما محققان این حوزه فرصت‌ها و کاربردهای زیادی برای آن متصور هستند. افراد زیادی هم اکنون در سراسر دنیا و نیز در ایران درباره این موضوع فعالیت می‌کنند. چندین شرکت در حال کار برای تجاری‌سازی مکسین‌ها هستند. در حال حاضر تمام کاربردهای مکسین‌ها در مقیاس آزمایشگاهی است و در این مقطع نمی‌توان راجع به تجاری‌سازی آن‌ها در آینده اعلام نظر کرد.

سیر زمانی مهمترین پیشرفت‌ها در حوزه مکسین‌ها