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Materialforschung Neue Methode verbessert elektrische Eigenschaften von 2D-Materialien

Von Susanne Braun 2 min Lesedauer

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Forscher haben ein Verfahren entwickelt, mit dem sich sogenannte MXene deutlich reiner und mit kontrollierter Oberflächenchemie herstellen lassen. Die Materialien könnten künftig Anwendungen in Elektronik, Sensorik und Energietechnik ermöglichen.

Kombination eines Modells aus einer Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme (links) mit einem Ausschnitt der zugrunde liegenden Kristallstruktur eines untersuchten MXenes mit präzise kontrollierten Oberflächenabschlüssen.(Bild: B. Schröder/HZDR)
Kombination eines Modells aus einer Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme (links) mit einem Ausschnitt der zugrunde liegenden Kristallstruktur eines untersuchten MXenes mit präzise kontrollierten Oberflächenabschlüssen.
(Bild: B. Schröder/HZDR)

Ein internationales Forschungsteam unter Beteiligung des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) hat im Februar 2026 einen neuen Ansatz zur Herstellung von MXenen vorgestellt. Dabei handelt es sich um eine Klasse zweidimensionaler Materialien, die nur wenige Atomlagen dick sind und aufgrund ihrer elektrischen Eigenschaften für elektronische Bauelemente, Sensoren oder Energiespeicher interessant gelten. Das entwickelte Verfahren ermöglicht die Kontrolle über die chemische Zusammensetzung der Materialoberfläche und erhöht damit die Leitfähigkeit deutlich.

Was sind MXene?

MXene bestehen aus Schichten von Übergangsmetallen mit Kohlenstoff oder Stickstoff, deren Eigenschaften stark von Atomen auf der Oberfläche abhängen. In konventionellen Herstellprozessen entstehen oft ungeordnete Oberflächenstrukturen mit unterschiedlichen chemischen Gruppen, was die elektrische Leistung einschränkt.

Das im Paper vorgestellte Verfahren basiert auf einer sogenannten Gas-Flüssig-Fest-Reaktion, bei der ein MAX-Phasen-Ausgangsmaterial gleichzeitig mit Ioddampf (Gas) und geschmolzenen Halogenidsalzen (Flüssigkeit) umgesetzt wird. Dabei entfernt Iod selektiv die sogenannte A-Schicht des Materials, während die Salzschmelze Reaktionsprodukte abtransportiert und gleichzeitig die Oberfläche gezielt mit Halogenatomen wie Chlor, Brom oder Iod terminiert.

Im Unterschied zu bisherigen Säureätzverfahren entstehen dadurch deutlich sauberere und chemisch besser definierte MXene-Oberflächen mit geordneter Struktur. Diese präzise Kontrolle reduziert Elektronenstreuung und verbessert den Ladungstransport erheblich, was sich in stark erhöhter elektrischer Leitfähigkeit zeigt. Zudem lässt sich die Oberflächenchemie über die Wahl der Salze gezielt einstellen, sodass das Verfahren prinzipiell auf verschiedene Materialsysteme übertragbar ist.

Nach Einschätzung der Forschenden eröffnet die verbesserte Materialqualität neue Perspektiven für Hochleistungselektronik, Kommunikationsanwendungen sowie energiebezogene Technologien. Gleichzeitig liefert der Ansatz eine Grundlage, um die Eigenschaften von 2D-Materialien gezielt an Anforderungen anzupassen. Details erfahren Sie aus dem Paper der Wissenschaftler, das im Januar 2026 bei Nature Synthesis veröffentlicht wurde. (sb)

Literatur

D. Li, W. Zheng, M. Ghorbani-Asl, J. Scheiter, K. Sobczak, S. Kretschmer, J. Polčák, P. H. Jadhao, P. P. Michałowski, R. Yu, J. Zhang, J. Liu, J. Du, Q. Guo, E. Zschech, T. Šikola, M. Bonn, N. Pérez, K. Nielsch, A. V. Krasheninnikov, H. I. Wang, M. Yu, and X. Feng, Triphasic synthesis of MXenes with uniform and controlled halogen terminations, in Nature Synthesis, 2026. (DOI: 10.1038/s44160-025-00970-w)

(ID:50716455)

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