C'è qualcosa che i materiali MXene non possono fare?

Dalla scoperta di una nuova grande famiglia di materiali bidimensionali da parte dei ricercatori della Drexel University nel 2011, la continua esplorazione ha rivelato la loro eccezionale capacità di immagazzinare energia, bloccare le interferenze elettromagnetiche, purificare l'acqua e persino allontanare i batteri. E, come suggerisce una recente ricerca, Gli MXene sono anche molto resistenti, il materiale più resistente del suo genere, secondo un nuovo studio sulla rivista Progressi scientifici .

Il ritrovamento, presentato dai ricercatori di Drexel e dell'Università del Nebraska-Lincoln, mostra che MXenes classifica il più alto tra i materiali bidimensionali prodotti dall'elaborazione della soluzione, il metodo standard per rendere scalabile, materiali praticamente utili in laboratorio, in una misura chiamata "modulo elastico".

In un confronto fianco a fianco con l'ossido di grafene o l'ossido di grafene ridotto, promettenti nuovi materiali che sono già utilizzati per aggiungere forza alla gomma e ai polimeri, una scaglia di carburo di titanio MXene si è rivelata circa il 50 percento più rigida.

Questo test di resistenza viene eseguito posizionando un singolo foglio di un materiale su una superficie di prova di wafer di silicio con fori. Poi una punta affilata di un microscopio a forza atomica colpisce il materiale, fare una rientranza. Mentre questo sta accadendo, la sonda sta anche misurando la forza necessaria per creare la rientranza, determinando così la resistenza e il modulo elastico del materiale. Il team ha ripetuto il test 36 volte e ha scoperto che il modulo del materiale è il più alto registrato per un materiale lavorato in soluzione e paragonabile anche alle membrane di materiale più resistenti attualmente conosciute dai ricercatori:grafene puro e bisolfuro di molibdeno.

"Questo lavoro apre la strada allo studio delle proprietà meccaniche dei monostrati di altri MXene ed estende la già ampia gamma di applicazioni di MXene, " ha detto Yury Gogotsi, dottorato di ricerca, Distinguished University e Bach Professor presso il College of Engineering, chi è stato l'autore principale della ricerca.

Sebbene i risultati non fossero esattamente inaspettati - i ricercatori hanno notato aneddoticamente la forza di MXene in laboratorio nel corso degli anni - ci è voluto del tempo per raccogliere formalmente questi dati a causa delle sfide legate alla creazione di campioni a strato singolo abbastanza grandi del materiale e testando meccanicamente i fogli che sono spessi solo pochi atomi.

Ma i ricercatori Drexel hanno ora migliorato la loro capacità di produrre scaglie più grandi di MXene in carburo di titanio. E grazie alla collaborazione con il team del Nebraska, sono stati in grado di eseguire il test con un microscopio a forza atomica per determinarne la forza.

L'ultima ricerca ha indicato il grafene come il materiale bidimensionale più resistente, in termini di modulo, quindi era rilevante per il team misurare un MXene rispetto alla versione elaborata del grafene, l'ossido di grafene. Non solo riferiscono che MXene è più forte, i ricercatori hanno anche dimostrato che mentre un film di grafene si rompe catastroficamente quando il penetratore fa un buco nel film, MXene no.

La scoperta delle proprietà meccaniche superiori di MXene suggerisce che potrebbe essere un utile additivo per i compositi strutturali, come la fibra di vetro. Può essere utilizzato anche in rivestimenti protettivi e membrane, come un modo per aumentare la loro durata. E con circa 30 MXene già prodotti, c'è una buona possibilità di trovare varietà ancora più forti rispetto al carburo di titanio testato in questo studio.

"Conoscere le proprietà meccaniche di MXene a foglio singolo è assolutamente fondamentale per lo sviluppo di super-robusti, materiali compositi tenaci e duri, " Ha detto Gogotsi. "Il prossimo passo per MXenes sarà aggiungerli ai polimeri, metalli e ceramiche per vedere come migliorarne le proprietà. Per esempio, l'aggiunta di carburo di titanio a ceramiche e polimeri può aumentare la loro resistenza meccanica e conduttività allo stesso tempo:questi compositi possono essere utilizzati per applicazioni strutturali, schermatura elettromagnetica e molti altri scopi."