近年来，二维纳米材料（例如石墨烯）一直被认为是制造更好的微芯片、电池、天线和许多其他设备的关键。但是，将这些原子级厚度的材料用于未来的技术所面临的一项重大挑战是确保可以大量生产它们而不会损失其质量。对于最有希望的新型2D纳米材料之一，MXenes材料，这不再是问题。德雷克塞尔大学和乌克兰材料研究中心的研究人员设计了一种系统，该系统可用于制造大量材料，同时保留其独特的性能。

该小组最近在《AdvancedEngineeringMaterials》杂志上报道说，在基辅材料研究中心开发的实验室规模的反应器系统可以将陶瓷前体材料转换成一堆粉末状的黑色MXene碳化钛，其数量可多达每批50克。

证明可以精炼和生产大批量的材料是实现制造可行性的关键一步。对于已经在用于存储能量、计算、通信和医疗保健的原型设备中证明了自己能力的MXene材料，达到制造标准是迈向主流用途的主要方向。

“证明一种材料具有一定的特性是一回事，但是证明它可以克服制造中的实际挑战确是另外一回事，这项研究朝着这个方向迈出了重要一步，”YuryGogotsi博士说道。“这意味着MXene可以考虑在电子和能量存储设备中广泛使用。”

自年首次合成这种材料以来，Drexel的研究人员一直在少量生产MXene（通常不超过一克）。这种层状纳米材料看起来像是干燥形式的粉末，始于一块称为MAX相的陶瓷。当氢氟酸和盐酸的混合物与MAX相相互作用时，它将腐蚀材料的某些部分，从而形成MXenes的纳米级薄片状特征。

在实验室中，此过程将在60毫升的容器中进行，并手动添加和混合成分。为了更仔细地大规模控制过程，该小组使用一个1升反应室和一个螺旋进料器装置精确添加MAX相。一个入口将反应物均匀地进料到反应器中，另一个入口允许在反应期间释放气压。特别设计的搅拌叶片可确保彻底，均匀地搅拌。反应器周围的冷却套使团队可以调节反应温度。整个过程由材料研究中心团队创建的软件程序进行计算机化和控制。

该小组报告成功使用该反应器在约两天内（包括洗涤和干燥产品所需的时间）从50克MAX相前体材料中制得了近50克MXene粉。Drexel材料科学与工程系的学生进行的一系列测试表明，反应堆生产的MXene保留了原始实验室制造物质的形态，电化学和物理特性。

这项研究证明了MXenes材料可以以工业规模生产。但是，由于MXene的制造是一种减法制造工艺，即像平整木材一样蚀刻掉一部分原材料，因此它与用于制造许多其他2-D纳米材料的附加工艺不同。

Drexel纳米材料研究所的博士后研究员ChristopherShuck博士说：“大多数二维材料都是使用自下而上的方法制造的。原子被逐个地添加。可以在特定的表面上生长这些材料，也可以使用非常昂贵的设备沉积原子。但是即使使用了这些昂贵的机器和催化剂，生产过程也非常耗时，体积小而且对于在小型电子设备以外的广泛使用而言仍然昂贵得令人望而却步。”

Gogotsi说：“建立技术和加工过程通常需要花费相当长的时间，才能将纳米材料制成可工业使用的形式。这不仅仅是大量生产的问题，它经常需要发明全新的机械和工艺，以使其通过嵌入制造过程的形式（例如，微芯片或手机组件）来获得它们。”

但是对于MXenes来说，集成到生产线中是相当容易的一部分。

他说：“MXenes的一个巨大好处是它们可以在合成后立即用作粉末，或者可以分散在水中形成稳定的胶体溶液。水是最便宜，最安全的溶剂。通过我们开发的工艺，我们可以用一批制造的材料压印或印刷成千上万的小型和薄型设备，例如超级电容器或RFID标签。”

这意味着它可以在一步加工后应用于任何标准的各种增材制造系统中，例如挤出、印刷、浸涂、喷涂。

多家公司正在寻求开发MXene材料的应用，其中包括位于日本京都的电子元件公司MurataManufacturingCo，Ltd.，该公司正在开发可用于多种高科技应用的MXene技术。

Gogotsi说：“这一过程最令人兴奋的部分是，从根本上讲，没有扩大工业规模的限制因素。越来越多的公司批量生产MAX相，其中许多是使用丰富的前体材料制造的。而且，MXenes是所有2-D材料中少数可以通过常规反应湿式化学合成大规模生产工程设备和设计的材料。”

该研究发表论文标题为《ScalableSynthesisofTi3C2TxMXene》。