Gli attuatori sono componenti comuni delle macchine che convertono l'energia in movimento, come i muscoli del corpo umano, i vibratori dei telefoni cellulari o i motori elettrici. I materiali ideali per gli attuatori necessitano di buone proprietà elettrochimiche per condurre ripetutamente correnti elettriche costituite da flussi di elettroni.
Inoltre, i materiali degli attuatori richiedono eccellenti proprietà meccaniche per resistere allo stress fisico associato al movimento continuo. Il platino nanoporoso (np-Pt), una matrice di platino contenente minuscoli pori per aumentare la conduzione di energia, è stato recentemente creato in grandi quantità e in modo economicamente vantaggioso, rendendo np-Pt un materiale per attuatori ideale e più pratico.
Un gruppo di scienziati dei materiali dell'Università della Tecnologia di Amburgo, in Germania, ha prodotto un materiale np-Pt a legamento ultrafine costituito da una rete casuale e interconnessa di filamenti o legamenti di platino molto fini, piccoli quanto due nanometri (10 -9 m) di diametro.
Questa rete crea anche piccoli pori tra i filamenti, il che migliora il movimento degli elettroni o degli atomi carichi attraverso il materiale. È importante sottolineare che il team ha utilizzato un metodo di produzione efficiente che ha ridotto i costi associati alla sintesi di un np-Pt. Diminuendo il diametro dei filamenti di Pt, aumentano sia il rapporto superficie-volume che la stabilità meccanica del materiale np-Pt, migliorando le prestazioni dell'attuatore del materiale.
I ricercatori hanno pubblicato il loro studio su Energy Materials and Devices .
Rispetto ad altri metalli e materiali nanoporosi studiati per il loro potenziale utilizzo come attuatori, il team ha scoperto che l'np-Pt era fisicamente più robusto e probabilmente avrebbe funzionato bene come materiale per sensori o rilevatori rispetto ad altri materiali nanoporosi che sono troppo fragili.
"La dimensione sottile del legamento di np-Pt potrebbe fornire un'area superficiale migliorata che rende il materiale un promettente... catalizzatore di reazioni chimiche e un materiale attuatore", ha affermato Haonan Sun, primo autore dell'articolo e ricercatore nel gruppo di ricerca di Sistemi integrati di nanomateriali metallici presso l'Università della Tecnologia di Amburgo. Come catalizzatore, np-Pt accelererebbe la velocità di reazioni chimiche specifiche.
L'aspetto più singolare dello studio è stato il modo in cui i ricercatori hanno prodotto il materiale np-Pt. "La svolta principale in questa ricerca è che abbiamo ottenuto np-Pt in massa mediante deallegazione elettrochimica. Gli studi precedenti su np-Pt erano tutti basati su nanoparticelle o film preparati utilizzando particelle di Pt commerciali più costose. Quindi il metodo semplice ed economico di deallegazione aumenta la praticità dell'np-Pt e rende possibili ulteriori ricerche", ha affermato Sun.
Nello specifico, il deallegamento è un processo di lisciviazione o corrosione selettiva in cui un componente di una lega, o di una miscela di materiali, viene rimosso selettivamente dal materiale. Prima del processo di deallegazione, il materiale è una miscela uniforme. Dopo il processo di lisciviazione selettiva, i materiali miscelati più chimicamente attivi vengono parzialmente rimossi dal materiale, lasciando dietro di sé minuscoli pori.
In questo caso, np-Pt è stato prodotto mediante lisciviazione selettiva del rame da una lega platino-rame (Pt15 Cu85 ) utilizzando acido solforico (H2 SO4 ).
Prima di questo studio, l'np-Pt non era mai stato prodotto in grandi quantità. Il gruppo di ricerca suggerisce che le prestazioni di successo dell'np-Pt sfuso servano da modello per lo sviluppo di altri metalli nanoporosi che potrebbero essere studiati per la loro idoneità come potenziali materiali attuatori, sensori di deformazione o catalizzatori di reazioni chimiche.
Una volta stabilite le prestazioni del materiale dell'attuatore di np-Pt, il team attende con ansia di determinare gli effetti del materiale sulle reazioni chimiche. "Il prossimo passo di questo studio è studiare le proprietà catalitiche chimiche del nostro np-Pt. Abbiamo già scoperto alcuni fenomeni molto interessanti con np-Pt sfuso nella reazione di riduzione dell'ossigeno che combina ossigeno e idrogeno per formare acqua... e vorremmo mi piacerebbe fare qualche ricerca più approfondita a riguardo," ha detto Sun.
Ulteriori informazioni: Haonan Sun et al, Platino nanoporoso sfuso per l'attuazione elettrochimica, Materiali e dispositivi energetici (2023). DOI:10.26599/EMD.2023.9370006
Fornito dalla Tsinghua University Press
