14 Okt. Spektroskopische Ellipsometrie auf Nanoebene
Ein neues Nanomaterial mit Potenzial für bessere Batterien, flexible Elektronik und Geräte für saubere Energie ist die Gruppe der MXene. Das sind ultradünne Materialien mit einer Dicke von nur wenigen Atomen, die Elektrizität leiten, Energie speichern und mit Licht interagieren. Bislang wurden MXene (ausgesprochen ‚Mäx-eine‘) jedoch meist in ihrer Gesamtform untersucht – als dünne Filme, die aus vielen übereinanderliegenden Flocken bestehen. Dieser Ansatz war nützlich, es ließen sich jedoch nicht die einzigartigen Eigenschaften einzelner Flocken untersuchen und ließ Fragen über ihr wahres Potenzial offen.
Nanoskalig und nicht-invasiv
Forschende vom Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) und der Hebrew University (HUJI) zeigten nun zum ersten Mal, wie sich einzelne MXene-Flocken verhalten, wenn sie isoliert und auf der Nanoskala untersucht werden. Dazu setzten die Forscherinnen und Forscher nach eigenen Angaben eine von ihnen entwickelte, zukunftsweisende und patentierte Technik ein, die sie als spektroskopische Mikroellipsometrie (SME) bezeichnen und mit der sie die optischen, strukturellen und elektronischen Eigenschaften einzelner MXene-Flocken mit hoher lateraler Auflösung und ohne Schädigung messen konnten. Die Methode ist nach Aussage der Forschenden so präzise, dass sie mit nanoskaligen Bildgebungswerkzeugen wie der Rasterkraftmikroskopie (AFM) und der Rastertransmissionselektronenmikroskopie (STEM) übereinstimmt und damit ihre Leistungsfähigkeit als nicht-invasives Diagnosewerkzeug bestätigt.
Für weitere Nanomaterialien geeignet
Dr. Andreas Furchner vom HZB erklärt: „Durch die Messung der Lichtdepolarisation einzelner MXene-Flocken konnten wir strukturelle Dickenvariationen innerhalb der Flocken auf Nanoebene genau bestimmen. Wir waren begeistert, wie gut die Ergebnisse mit destruktiven Techniken wie STEM übereinstimmen.“
MXene werden für eine Vielzahl von Anwendungen erforscht – von ultraschnellen Batterien und Wasseraufbereitungssystemen bis hin zu flexibler Elektronik und Solarenergiegewinnung. Das Verständnis des Verhaltens des Materials auf Einzelblättchenebene ist nach Angaben der Forschenden für die Entwicklung effizienter und skalierbarer Geräte von entscheidender Bedeutung.
Die Studie erschließt nicht nur grundlegendes Wissen über MXene, sondern zeigt auch, dass sich die spektroskopische Mikroellipsometrie für die Analyse von 2-D-Materialien eignet. Von diesem Durchbruch könnten laut den Forschenden daher weltweit Forschungsteams profitieren, indem sie neue Nanomaterialien auf die gleiche Weise untersuchen.
Originalveröffentlichung
[Ralfy Kenaz, Saptarshi Ghosh, Mailis Lounasvuori, Namrata Sharma, Sergei Remennik, Atzmon Vakahi, Hadar Steinberg, Tristan Petit, Ronen Rapaport und Andreas Furchner: Optical, Structural, and Charge Transport Properties of Individual Ti3C2Tx MXene Flakes via Micro-Ellipsometry and Beyond; ACS Nano (2025), DOI: 10.1021/acsnano.5c06938 https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.5c06938]
Quelle: www.helmholtz-berlin.de
Bild: Ralfy Kenaz/Hebrew University, Andreas Furchner/HZB