Nova metoda sinteze MXena u plinskoj fazi obećava jeftiniju proizvodnju, ali otvara pitanje kontrole nad tehnologijom koja se već godinama razvija u laboratorijima velikih korporacija.
Istraživači s američkog sveučilišta Drexel u suradnji sa Sveučilištem Pennsylvania i japanskim proizvođačem Murata Manufacturing objavili su rad u časopisu Journal of the American Chemical Society kojim pokazuju da se dvodimenzionalni nanomaterijali MXeni mogu proizvesti kemijskim taloženjem iz plinske faze. Metoda zaobilazi dosadašnji postupak koji je uključivao sintezu prekursora MAX faze, jetkanje fluorovodičnom kiselinom, ispiranje i centrifugiranje.
MXeni su prvi put sintetizirani 2011. godine upravo na Drexelu. Međunarodna unija za čistu i primijenjenu kemiju uvrstila ih je među tehnologije s potencijalom da promijene svijet, no njihova šira primjena ostala je blokirana upravo zato što je proizvodnja skupa, spora i prljava.
Od kiseline do plina
Novi postupak koristi titanijev tetraklorid i metan, zagrijane u kvarcnoj cijevi. Kako se plinska smjesa hladi, na kvarcnom supstratu raste sloj MXena. Titanijev tetraklorid inače se koristi za proizvodnju titanijevog dioksida, bijelog pigmenta u bojama i kremama za sunčanje, a metan je glavni sastojak prirodnog plina. Oba su jeftina i dostupna u industrijskim količinama.
Voditelj istraživanja Yury Gogotsi ističe da kombiniranje krutog metalnog izvora s plinovitim reaktantima otvara drugi proizvodni put. Prvi autor rada, Hyunho Kim sa sveučilišta Sungkyunkwan u Južnoj Koreji, dodaje da jetkanje ostaje vrijedno za tinte i tiskane uređaje, dok sinteza iz plinske faze daje kristale s izuzetno malo defekata, potrebne za elektroniku, optiku i kvantne tehnologije.
Istraživači su otkrili i da se produljenjem vremena sinteze pojedinačne okrugle strukture, takozvani sferuliti, spajaju u veće kristalne domene s listićima širine nekoliko desetaka mikrometara. To sugerira da bi se proces mogao proširiti na proizvodnju kristala velike površine, pa i na razini pločica u industriji poluvodiča.
Ista logika kao u proizvodnji titanijevog dioksida
Gogotsi povlači paralelu s klornim postupkom u industrijskoj proizvodnji titanijevog dioksida. Titanijev klorid već se rukuje u ogromnim razmjerima kako bi se proizvelo milijune tona tog pigmenta, pa bi se isti inženjerski principi mogli prilagoditi za jeftinu proizvodnju MXena u tonskim količinama.
Tim je prekursor uzeo iz titanijeve spužve, a ne iz visoko pročišćene titanijeve folije korištene u prvoj demonstraciji te metode. Spužva je industrijski proizvod znatno niže cijene, što je ključno ako se govori o masovnoj proizvodnji.
Ovdje se, međutim, otvara pitanje koje izvještaj o istraživanju ne postavlja. Ako se proizvodnja MXena preseli u pogon koji radi po logici proizvodnje titanijevog dioksida, tko će kontrolirati lance dobave titanija i metana? Titanij je strateška sirovina, a prirodni plin posljednjih je godina postao oružje u energetskoj politici. Tehnologija koja obećava kvantna računala i bolju elektroniku istovremeno učvršćuje ovisnost o istim industrijskim akterima koji već drže ključne sirovine.
Što ostaje neodgovoreno
U radu se navodi da je sljedeći korak rafiniranje postupka radi strukturalne ujednačenosti, povećanja veličine listića i precizne kontrole površinske kemije. Tim će nastaviti prilagođavati proces za MXene drugih sastava. Nigdje se, međutim, ne spominje tko će polagati pravo na patent, pod kojim uvjetima će tehnologija biti dostupna drugima i hoće li zemlje izvan Sjedinjenih Država i Japana moći samostalno proizvoditi te materijale.
Dosadašnja povijest nanomaterijala pokazuje obrazac: otkriće u akademskom laboratoriju, pa patent, pa licenciranje, pa proizvodnja koncentrirana u nekoliko korporacija. Ako se taj obrazac ponovi, MXeni će ostati ono što su i sada — obećanje koje drugi drže pod ključem.