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【甬派】“超級材料”的新代表!世界首個鋅MAX相材料在甬合成
日期:2019-03-19, 查看:147 字體大小:

       一块巴掌大的压铸“饼”,如陶瓷般轻巧,又带有金属般的光泽。这种看似普通的材料,具有密度更低、稳定性更高、刚度更高的“两高一低”优势,被认为是下一轮“超级材料”的新代表。

 

(MAX材料制作的餅有金屬光澤但和陶瓷一樣輕巧)

  過去,這種材料的合成一直是一大全球性難題。如今在中科院甯波材料所的技術突破下,MAX相材料的“家族成員”正不斷擴充,性能不斷突破,將在催化、儲能、國防等多領域“大展拳腳”。

  “通過MXene綠色制備技術,我們在世界上首次合成了包括鋅在內的多種MAX相材料,並實現了量産。這些曾被業界稱作‘不可能合成的材料’,正在甯波本土被我們逐個擊破。”團隊牽頭人黃慶研究員告訴甬派記者。

  而近日,中科院甯波材料所有關這項科研成果的論文在知名國際化學期刊journal of the american chemical society上刊發,引起了業界高度關注,多家科研機構、企業紛紛請求合作。

(MAX材料粉末)

  這種材料合成的難度在哪?

  黃慶告訴記者,從微觀上來看,MAX相材料如同“三明治”一般,由金屬、碳等三種元素呈六方晶體連接而成。

  “國外通常只會將多種元素放在一起燒一燒,靠‘自然規律’決定最後産物,無法生成一些特定品類的材料。”黃慶說。比如金原子的性能穩定,就很難介入到這種材料中。這種制備方式還很不環保,用到大量氟,會造成空氣汙染,因此加大了材料量産的難度。

  團隊采用的則是一種全新的制備方法——先在十億倍的微觀層面下,制成兩種原子的骨架,再精確地“嵌入”中層金屬原子。

  這種用金屬原子“精確置換”的方式,徹底顛覆了過去“看臉”的生産方式,讓金、鋅等不容易與“碳骨架”形成結構的金屬原子加入到了MAX相“家族”中。

  此外,團隊用“食鹽”的原料——氯化鈉作爲反應物,制備過程更爲環保,讓材料量産成爲了可能。

(MAX材料制成的餅和鐵塊的對比)

  這種新材料的神奇功力何在?

  “高鐵上方接觸高壓電線的電弓上,用的就是MAX相材料。”黃慶說。這種材料不僅導電性好,而且耐摩擦,耐氧化,在列車高速行駛、急停進站時也不會造成‘火花帶閃電’的效果,極大地保證了列車安全。

(黃慶介紹新型MAX材料)

  其實,電弓上使用的還僅僅是傳統的MAX材料,只發揮了其優良性能的冰山一角。

  目前,美國、瑞士、法國等全球各地的頂尖科研團隊都向團隊抛出了“橄榄枝”,力求在新的制備方式下,實現更多應用突破。

  例如,目前黃慶團隊已和美國團隊合作,將鋅MAX相材料用于新能源汽車、手機等的儲能設備中,根據測評數據來看將大大提升續航,並大幅減輕儲能系統自重。

  將金原子嵌入到MAX相材料結構中,還能實現強催化、耐氧化、耐酸堿等性能,甚至“複制”出生物酶的催化作用,在各大化工中大顯身手。

  該類材料還具有極佳的事故容錯能力,在壓水堆核燃料包殼塗層、钍基熔鹽堆和加速器驅動新能源系統等國家重大工程可望得到應用……

  據了解,MAX相材料屬于層狀材料應用設計與研究,是柴之芳院士爲甯波材料所定下的三個技術方向之一。團隊儲備的大量先進技術,正在逐漸從實驗室走向量産階段,而這些材料的性能也在不斷開發中,市場前景廣泛。

  “這是甯波首次在本土,完完全全在基礎研究到制備方法‘從0到1’的材料合成,所有關鍵技術都將由我們一手掌握。隨著裝備高端化、小型化、集約化進程,全球對于MAX相材料的需求量必將爆發式增長。MAX相材料的春天才剛剛來臨。”黃慶說。

  (原文發布于2019年3月19日《甯波日報》甬派客戶端)

  【原文鏈接】https://ypapp.cnnb.com.cn/yppage/index.html#/news/share/news_detail?newsId=5c8f6e5ae4b0b746e8554042&modeType=0

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