Credito:Carnegie Mellon University
Nonostante sia spesso solo pochi atomi, MXene racchiude un potente pugno. Questa classe di nanomateriali bidimensionali (2D) a strato singolo mostra proprietà desiderabili come un'eccellente conduttività termica ed elettrica, resistenza al calore e un'elevata area superficiale specifica. Queste caratteristiche promettono di rivoluzionare i dispositivi elettronici ad alte prestazioni ei sistemi di accumulo di energia.
Per ottimizzare le proprietà di MXene, i ricercatori devono essere in grado di disporre i fiocchi 2D in configurazioni tridimensionali (3D). Tali architetture 3D di MXene possono aumentare la densità di accumulo di energia delle batterie agli ioni di litio e dei supercondensatori, oltre a fornire miglioramenti delle prestazioni ai dispositivi esistenti.
Sfortunatamente, mancano metodi di produzione affidabili oggi disponibili per costruire MXene in configurazioni 3D:Rahul Panat, professore associato di ingegneria meccanica e direttore associato del Manufacturing Futures Institute presso la Carnegie Mellon University, cerca di cambiare questa situazione.
Il processo di fabbricazione incorporerà la stampa 3D Aerosol Jet, una tecnologia di produzione additiva su scala nanometrica. Utilizzando i principi della dinamica delle goccioline, MXene verrà disperso nel liquido e depositato, strato dopo strato, in pile di strutture 3D per formare sensori elettrochimici e fisici.
Credito:Carnegie Mellon University
"Queste architetture tridimensionali sono utili perché hanno il potenziale per "raccogliere" abbastanza materiali su scala nanometrica per l'uso pratico nei dispositivi elettronici", ha spiegato Panat.
"Se creo un elettrodo a partire dalle architetture tridimensionali, posso aumentare notevolmente le sue prestazioni perché le reazioni chimiche e/o biochimiche avrebbero un'area superficiale e un volume 3D più elevati per il funzionamento."
Il team di ricerca testerà e valuterà le prestazioni di questi dispositivi in base alla loro sensibilità, riproducibilità e ripetibilità delle misurazioni.
Credito:Carnegie Mellon University
Un altro aspetto del progetto guarda alla prossima generazione della forza lavoro americana. Per preparare una coorte di lavoratori qualificati nelle tecnologie micro e nanoelettroniche all'avanguardia, il team di Panat sta reclutando cadetti militari statunitensi che conseguono diplomi universitari presso la Carnegie Mellon University, la Duquesne University e l'Università di Pittsburgh. Ulteriori tirocinanti includono un dottorato di ricerca. studente e borsista post-dottorato del laboratorio di ricerca di Panat.
I tirocinanti impareranno la stampa 3D e altri metodi di produzione avanzati, oltre a tecniche di caratterizzazione dei materiali come la microscopia elettronica, la diffrazione dei raggi X e l'analisi statistica dei dati.
Una volta formati nella gamma delle tecniche di stampa 3D, i cadetti dell'aeronautica, dell'esercito e della marina statunitensi saranno in grado di riparare componenti meccanici e circuiti elettronici direttamente sul campo. Ciò ridurrà la dipendenza dall'outsourcing e dalle catene di approvvigionamento che sono soggette a gravi interruzioni dovute a eventi globali.
Sebbene la ricerca sia di natura fondamentale, Panat prevede che inizierà ad avere un impatto sull'industria tra cinque o sette anni. Con l'ulteriore sviluppo della tecnologia, emergeranno nuovi dispositivi elettronici ad alte prestazioni. + Esplora ulteriormente
