AJ Drexel 纳米技术研究所
AJ Drexel 纳米技术研究所 (DNI) 成立于 2003 年 1 月，旨在协调德雷塞尔大学整个纳米技术领域的跨学科研究、教育和推广以及战略伙伴关系。
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项目
MXenes
MXenes 是一类二维 (2D) 无机化合物，其通式为 Mn+1Xn电视X，其中 M 是早期过渡金属，X 是碳和/或氮，T 是 MXene 表面的功能团（通常是 O、OH 和 F）（M. Naguib 等人 高级材料., 2014, 26, 992)。MXenes 具有过渡金属碳化物的高金属导电性，并且（与石墨烯等其他 2D 材料不同）由于其羟基和氧封端表面而具有亲水性。MXenes 于 2011 年在德雷塞尔大学首次发现，其结果是选择性蚀刻块状三元过渡金属碳化物和氮化物（称为 MAX 相）中的 A 层，从而产生多层 MXenes。为了增加表面积和表面的可及性，多层 MXenes 通常会经过进一步处理以产生分层 MXenes 的解决方案。
由于其亲水性，MXene 可以在水性和极性有机溶剂中加工，形成稳定的胶体溶液，这些溶液可以过滤形成独立薄膜，也可以喷涂形成透明导电涂层。这为该材料系列提供了更大的潜在应用。第一个发现的 MXene 是 Ti3C2 并最初研究其在电池和超级电容器中的电化学特性（B. Anasori 等人 《自然》杂志评论材料, 2017, 2, 16098)。然而，在过去的几年中，已经发现了二十多种 MXenes 以及数十种其他应用。
MXenes 去除尿毒症毒素
可穿戴人工肾 (WAK) 被认为是一种潜在的候选产品，可为终末期肾病患者提供更好的生活质量。关键技术也是一大挑战，是透析液再生的吸附剂系统。MXene 2D 纳米片由两到四个过渡金属原子层制成，与碳或氮交错，表面末端与外部金属层结合。核心过渡金属碳化物与表面末端的结合使 MXenes 成为导电粘土类材料。这表明，通过优化材料的原子间和层间距离，可以对 MXene 结构进行微调以吸附特定分子。此外，由于 MXene 表面以 −OH、−O− 和 −F 终止，因此通过在表面形成氢键可以进一步增强它们与吸附物的亲和力。因此，我们致力于开发基于 MXene 的吸附剂系统，以直接从透析液甚至血液中去除尿毒症毒素。作为第一步，我们证明了 MXene 可以快速、选择性地从水溶液和废透析液中去除尿素（最重要的尿毒症毒素之一）。此外，健康供体血液相容性试验表明，MXene Ti3C2TX 对血液凝固、溶血和血小板活化没有显著影响，表明 MXenes 可安全用于血液接触应用。
通过 MXenes 进行灯光控制
有没有想过双面镜或防反射涂层是由什么制成的？我们如何控制光线以达到我们想要的效果？ 除了简单的光传输之外，MXenes 还表现出近红外 (near-IR) 的可饱和吸收特性，这意味着随着光强度的增加，光的吸收会减少（光的透射会增加）。此特性用于制造具有富勒烯 (C60)，其表现为在正向和反向观察时光的透射方式不同。饱和吸收特性可应用于激光器等应用，当我们利用近红外或太赫兹频率的盘状/柱状纳米结构时，可以对其进行调整。
透明导体
如果每个窗户都能够收集太阳能，能够通过调节窗户颜色来控制室温，并且不会牺牲可视度，那会怎样？ 在可见光和近红外范围内，MXenes 传输电磁波，传输量直接取决于 MXene 的成分和材料厚度。这使得 MXenes 可以用作储能和显示应用中的透明导体。此外，设备的颜色和透明度会随着施加的电位而可逆变化，从而允许制造具有不同颜色的电致变色设备（也许是窗户！）。
用于存储多价离子的 MXenes
锂离子电池已成为便携式和柔性电子行业的主导技术。然而，锂资源的成本和民主储备引发了人们对未来电气化和大规模储能的担忧。“超越锂离子技术”需要坚固的电极来实现金属离子的可逆嵌入（脱嵌）。由于 MXenes 可以自发嵌入各种阳离子（Na+、K+、Mg+2、Zn+2、Ca+2 和 Al+3），它们可能是用于混合金属电容器和多价电池设计的传统碳和金属氧化物材料的潜在替代品。
我们能否缩小用于为微电子供电的储能设备的尺寸？
当前新兴的物联网 (IOT) 和电子产品小型化趋势要求开发小型储能设备。片上 MXene 设备的可扩展制造可以与微型机器人、传感器和生物医学植入物兼容集成。此外，透明导电行为和变色特性使 MXene 适合开发透明和电致变色储能设备。此外，MXene 可用于灵活和可穿戴应用，其中 MXene 复合材料可以结合储能、收集和传感功能的作用。
面试：
问：请解释一下纳米技术在您所在组织或部门的发展中所发挥的作用。
尽管自 1891 年成立以来，德雷塞尔大学发生了很大变化，但该大学最初的使命至今仍然适用，而新技术的引入和使用是德雷塞尔大学计划的重中之重。因此，纳米技术为学生和教师提供了一个平台，可以探索新的跨学科研究，在课程开发中保持尖端知识库，并为地区和国际合作提供更多机会。
问：纳米技术对您提供的产品或服务有何影响？
纳米技术的兴起促成了新的合作和团队研究项目，并激发了我们的工程课程。纳米技术已融入我们的许多研究活动、课程和教师兴趣。
问：简要描述一个涉及纳米技术的当前项目，以及您预期的结果是什么（新流程、新产品等）
在电气和计算机工程系，Adam Fontecchio 教授和他的研究生 Jared Coyle 正在开发一种光伏涂料，该涂料由分散在聚合物中的纳米级液晶液滴组成。这种“太阳能涂料”有可能彻底改变我们未来为家庭和车辆供电的方式。我们目前正在探索将光伏材料融入商业和住宅涂料、屋顶瓦片以及家庭和车辆窗户的透明涂层的方法。应用后，这些产品将把目前美观的表面转变为改善我们生活的活性成分。
问：您认为纳米技术的应用未来将走向何方？
纳米技术的发展机遇无穷无尽，它涵盖传统学科、跨学科活动以及涉及尚未预见到的独特技能组合的项目。在未来 20 年，我们应该会看到可再生能源、净水、计算机技术和生物医学等领域的创新，这只是其中几个例子。
问：对于那些想在未来 3 至 5 年内在贵公司工作的人，您会提出什么建议？
对纳米技术感兴趣的人最好选修数学、物理和化学课程。此外，参与与纳米技术相关的研究活动可以为该领域的研究生工作提供良好的背景。我还建议学生跟上当前的技术趋势——无论背景或技术教育如何，每个人都可以访问大量信息来源，我最推荐的一些信息来源包括 有线 杂志， 纽约时报 技术部分，以及 科学星期五 在国家公共广播电台（可作为播客以及广播直播）。
问：您认为迄今为止哪个行业受纳米技术的影响最大？为什么？
目前，影响最大的是生物医学领域。抗击癌症、病毒和许多其他疾病的新药物都源于纳米技术研究。此外，扫描探针显微镜、扫描电子显微镜、X 射线光谱和衍射等纳米表征方法正在为生物系统的基本过程提供线索。我们目前正在经历 DNA 分析和人类基因组测序方面的突破，这将为个性化医疗提供新的可能性。
问：您认为未来哪个行业最有可能受到纳米技术的影响？为什么？
生物医学纳米技术的发展将继续增长并影响我们所有人的生活。与此同时，替代能源的产生和储存在基础研究和开发方面取得了进展，并将影响整个世界。当前的世界经济困难以及有限的石油储量迫使我们考虑新的想法和技术，通过光伏发电提供电力；基于热梯度、振动能量和废热排放的能量回收系统。这些突破将由全球需要推动，纳米技术对替代能源的影响将与我们目前在生物医学领域看到的一样大。
（内容来源：德雷塞尔大学网站、新闻稿和采访。）
