حقق فريق أبحاث هندسة المواد في Purdue University اختراقًا هامًا في مجال المواد النانوية ثنائية الأبعاد. نجح الفريق البحثي بقيادة الأستاذ المشارك باباك أناسوري (Babak Anasori) في تصنيع مواد MXene عالية الإنتروبيا تحتوي على ما يصل إلى تسعة عناصر معدنية انتقالية، ونُشرت النتائج في مجلة Science.

MXene هي فئة من المواد الكربونية النيتريدية ثنائية الأبعاد ذات هيكل طبقي، يبلغ سمكها نانومترًا واحدًا فقط، أي حوالي جزء من مئة ألف من قطر شعرة الإنسان. استخدم الفريق عملية تصنيع في فرن عالي الحرارة (1600 درجة مئوية) لإنتاج ما يقرب من 40 تركيبة معدنية مختلفة من المواد الطبقية، تتراوح من ثنائية المعادن إلى تسعة معادن. كشفت الدراسة لأول مرة عن آلية تفاعل الإنتروبيا والإنثالبي في المواد عالية الإنتروبيا.

قال المؤلف الأول للمشروع براين وايت (Brian Wyatt): "تُظهر هذه الدراسة أن الترتيب قصير المدى في المواد عالية الإنتروبيا يحدد تأثير الإنتروبيا والإنثالبي على هيكلها وخصائصها." اكتشف الباحثون من خلال تحليل ترتيب الذرات أنه عندما يصل عدد العناصر المعدنية إلى سبعة أو أكثر، تُظهر المادة حالة فوضى حقيقية، وهذه الخاصية الهيكلية تؤثر مباشرة على خصائص السطح والسلوك الإلكتروني للمادة.

يركز مختبر أناسوري على تطوير مواد للتطبيقات في البيئات القاسية، وتتمتع نتائج أبحاثه بأهمية كبيرة في مجالات الطيران والفضاء، والطاقة النظيفة، وتقنيات الاتصالات من الجيل التالي. أشار الباحثون: "نأمل في مواصلة دفع حدود المواد لخلق مواد جديدة تتمتع بأداء ممتاز في ظروف قاسية مثل درجات الحرارة العالية جدًا والإشعاع."

لا توسع هذه الدراسة نطاق أنواع المواد ثنائية الأبعاد فحسب، بل توفر أيضًا منظورًا جديدًا لفهم آليات تشكل المواد عالية الإنتروبيا. تتمتع مواد MXene بإمكانات تطبيقية واسعة في مجالات مثل الحماية الكهرومغناطيسية، والهوائيات عالية الكفاءة، وأجهزة تخزين الطاقة، بفضل موصليتها العالية وقابلية تعديل مكوناتها.