С помощью искусственного интеллекта исследователи из Линчёпингского университета в Швеции обнаружили в старых базах данных 2D-материалы MXenes, на которые раньше не обращали внимания. Это открытие вдохновило исследователей на создание новых материалов с использованием более экологичных методов синтеза.

Источник: общественное достояние CC0

Результаты, опубликованные в журнале Science, открывают новые возможности применения MXенов, в которых магнетизм является важным компонентом, например для хранения энергии и данных.

«Чтобы ускорить развитие материаловедения, нам нужно смотреть как в прошлое, так и в будущее. В литературе содержится так много информации, о которой мы не знаем. Мы, исследователи, иногда изобретаем велосипед и заявляем, что сделали великое открытие, но потом оказывается, что оно уже было сделано, например, в Германии в 1970-х годах», — говорит Йоханна Розен, профессор физики материалов в Линчепингском университете.

Поиск в базе данных выявляет незамеченные MX-элементы

Ее исследовательская группа вместе с коллегами из Эстонии и Финляндии использовала искусственный интеллект для поиска в базах данных материалов и выявления ранее созданных MX-элементов, которые исследователи в этой области упустили из виду.

MXены — это семейство материалов, открытых совсем недавно, в 2011 году. Основные MXены состоят из металла в сочетании с атомами углерода или азота. Однако их самая важная особенность — это структура: MXены состоят всего из нескольких атомных слоев, что обеспечивает им чрезвычайно большую площадь поверхности по отношению к массе.

В общей сложности исследователям удалось идентифицировать 33 существующих MX-элемента. Вдохновившись своими открытиями, они создали еще 11 новых. Розен объясняет, что исследователи неофициально назвали этот проект «Проект “Сундук с сокровищами”».

«Литература и базы данных — это настоящие сокровищницы: нужно лишь открыть крышку и посмотреть, что там».

Слоистые структуры имеют множество вариантов применения

MXenes можно укладывать друг на друга, и пленка толщиной всего в несколько миллиметров может содержать несколько миллионов слоев этого материала. Между слоями могут происходить различные химические реакции, в зависимости от состава MXenes. Это придает материалам свойства, которые могут быть полезны в таких областях, как очистка воды, хранение энергии, телекоммуникации, биомедицина и других, которые исследователи еще не исследовали.

«MXenes могут обладать широким спектром полезных свойств, многие из которых потенциально применимы в сфере устойчивого развития. Открытие новых составов дает нам возможность изучить еще больше вариантов использования этих материалов», — говорит Али Саффар Шамширгар, исследователь из Университета Лилля и первый автор статьи, опубликованной в Science.

Более быстрый синтез с использованием меньшего количества опасных химических веществ

Одно из самых важных открытий в рамках текущего исследования, помимо новых материалов, касается методов производства. Исследовательской группе удалось создать MX-элементы новым способом без внешнего нагрева всего за несколько секунд. Новый метод требует значительно меньшего количества опасных химических веществ и воды, чем предыдущие методы.

По словам Розена, в области синтеза MX-элементов ведется активная исследовательская работа, а это значит, что производство можно будет масштабировать.

«Я думаю, что именно масштабирование позволит значительно расширить применение MX-элементов в различных областях».

Кроме того, исследовательская группа показала, что редкоземельные металлы могут заменять металлы в MXенах, а это значит, что материалы могут стать магнитными, что еще больше расширит возможности их применения.