Caratterizzazione strutturale e chimica di Mo2CTx MXene. a) Modelli XRD di precursore di carburo nanolaminato Mo2Ga2C (nero) e multistrato Mo2CTx MXene (rosso). b) Immagine SEM di un multistrato Mo2CTx MXene. c) Immagine TEM di fiocchi singoli Mo2CTx MXene su griglia di carbonio lacey, l'inserto è un'immagine ad alta risoluzione. d) Il pattern SAED preso dal singolo fiocco Mo2CTx in c). e) Immagine AFM e profilo di altezza su un fiocco Mo2CTx esemplare. f–h) Spettri XPS ad alta risoluzione registrati da uno strato Mo2CTx MXene a energie Mo-3d f), C-1s g) e O-1s h). Credito:DOI:10.1002/adma.202104878
La misurazione dell'umidità dell'aria è importante in molte aree. Tuttavia, i sensori convenzionali negli igrometri non sono stati finora in grado di determinare un contenuto di vapore acqueo molto basso. I fisici dell'Università di Duisburg-Essen (UDE) e dell'Università tecnica Yuri Gagarin in Russia hanno ora sviluppato un nuovo sensore. Rileva anche le più piccole quantità di molecole d'acqua che affondano sulla sua superficie. Il rivelatore si basa su materiali altamente conduttivi noti come MXenes.
Una buona aria interna non è importante solo per la salute. Determinate condizioni ambientali sono necessarie anche nella produzione o nei laboratori, ad esempio in biomedicina o microelettronica. Deve essere possibile controllarli con precisione. Sebbene i potenti sensori di umidità siano integrati nei dispositivi di misurazione commerciali, non sono in grado di rilevare concentrazioni di vapore acqueo inferiori a 50 ppm, ovvero inferiori allo 0,3% di umidità relativa. Di conseguenza, tali sensori non sono adatti a tutti gli scopi.
Questo problema è stato affrontato dal team di fisica dell'UDE e dall'Università russa Yuri Gagarin di Saratov con una strategia completamente nuova. Hanno usato materiali nanometrici bidimensionali. Questi possono rilevare quantità minime di molecole d'acqua che affondano sulla loro superficie. "In questo modo, le prestazioni del sensore migliorano enormemente:il limite di rilevamento viene spinto molto al di sotto del precedente stato dell'arte. Non è possibile fare di più", afferma la fisica sperimentale dell'UDE, la dott.ssa Hanna Pazniak, che ha svolto un ruolo chiave nello sviluppo.
Questi materiali altamente conduttivi sono chiamati MXenes, o più precisamente:Mo2 CTx MXeni. Sono costituiti da composti di carburi di metalli di transizione o nitruri di metalli di transizione. I composti sono impilati in strati e sono spessi solo pochi atomi. Il vantaggio:i nuovi sensori sono ultrasottili e altamente sensibili. "Rilevano vapori acquei fino a 10 ppm, o 0,06% di umidità relativa. Questo è il valore più basso conosciuto finora", afferma Pazniak. I sensori sono promettenti anche sotto un altro aspetto:possono essere utilizzati nella produzione di massa. + Esplora ulteriormente
