Gli scienziati scoprono un modo semplice per produrre atomicamente

Dall'Università di Chicago30 marzo 2023

Un’immagine al microscopio elettronico a scansione rivela le bellissime forme di minuscole strutture note come MXenes, che interessano gli scienziati per nuovi dispositivi ed elettronica ma che in precedenza erano difficili da creare. Questi sono stati coltivati ​​con un nuovo metodo più semplice e meno tossico inventato dai chimici dell'Università di Chicago. Per riferimento, il diametro di un capello umano è di circa 50 µm. Credito: Di Wang

La chiave per un croissant perfetto sta nella sua moltitudine di strati, ognuno intervallato da burro. Allo stesso modo, un nuovo materiale con potenzialità per varie applicazioni è composto da numerosi strati metallici ultrasottili, tra i quali gli scienziati possono inserire diversi ioni per scopi specifici. Ciò li rende potenzialmente molto utili per i futuri dispositivi elettronici all’avanguardia e per lo stoccaggio dell’energia.

Fino a poco tempo fa, produrre questi materiali, noti come MXenes (pronunciato “max-eens”), richiedeva tanto lavoro quanto creare un croissant di alta qualità in una tradizionale panetteria francese.

Ma una nuova scoperta portata avanti dagli scienziati dell’Università di Chicago mostra come produrre questi MXeni in modo molto più rapido e semplice, con meno sottoprodotti tossici.

I ricercatori sperano che la scoperta, pubblicata sulla rivista Science, stimolerà nuove innovazioni e aprirà la strada all'utilizzo degli MXene nell'elettronica e nei dispositivi di uso quotidiano.

Quando furono scoperti nel 2011, gli MXenes entusiasmarono molti scienziati. Di solito, quando si rade un metallo come l'oro o il titanio per creare fogli sottilissimi, smette di comportarsi come un metallo. Ma i legami chimici insolitamente forti negli MXeni consentono loro di mantenere le capacità speciali del metallo, come condurre fortemente l’elettricità.

Sono anche facilmente personalizzabili: "Puoi mettere ioni tra gli strati per usarli per immagazzinare energia, ad esempio", ha detto lo studente laureato in chimica Di Wang, co-primo autore dell'articolo insieme allo studioso post-dottorato Chenkun Zhou.

Tutti questi vantaggi potrebbero rendere MXenes estremamente utile per costruire nuovi dispositivi, ad esempio per immagazzinare elettricità o bloccare le interferenze delle onde elettromagnetiche.

However, the only way we knew to make MXenes involved several intensive chemical engineering steps, including heating the mixture at 3,000°F followed by a bath in hydrofluoric acidAny substance that when dissolved in water, gives a pH less than 7.0, or donates a hydrogen ion." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">acido.

"This is fine if you’re making a few grams for experiments in the laboratory, but if you wanted to make large amounts to use in commercial products, it would become a major corrosive waste disposal issue," explained Dmitri Talapin, the Ernest DeWitt Burton Distinguished Service Professor of Chemistry at the University of ChicagoFounded in 1890, the University of Chicago (UChicago, U of C, or Chicago) is a private research university in Chicago, Illinois. Located on a 217-acre campus in Chicago's Hyde Park neighborhood, near Lake Michigan, the school holds top-ten positions in various national and international rankings. UChicago is also well known for its professional schools: Pritzker School of Medicine, Booth School of Business, Law School, School of Social Service Administration, Harris School of Public Policy Studies, Divinity School and the Graham School of Continuing Liberal and Professional Studies, and Pritzker School of Molecular Engineering." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">Università di Chicago, incaricato congiunto presso l'Argonne National Laboratory e autore corrispondente dell'articolo.

To design a more efficient and less toxic method, the team used the principles of chemistry—in particular "atomAn atom is the smallest component of an element. It is made up of protons and neutrons within the nucleus, and electrons circling the nucleus." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"atom economy," which seeks to minimize the number of wasted atoms during a reaction./p>