I materiali vdW sfusi rappresentano un importante obiettivo di ricerca perché sono tenuti insieme da deboli forze vdW invece che da forti legami covalenti o metallici. Lo studio è pubblicato su Nature Materials .

In precedenza, i materiali vdW sfusi, come la grafite e il nitruro di boro esagonale, potevano essere sintetizzati solo a temperature molto elevate (>1.000°C). In questo studio, invece di sinterizzare direttamente i particolati di grafite o nitruro di boro a temperature così elevate, i particolati sono stati esfoliati in nanofogli bidimensionali (2D) con un consumo energetico molto basso. Successivamente, è stato impiegato un processo di stampaggio a 45°C (o anche a temperatura ambiente) per trasformare questi nanofogli in materiali vdW sfusi meccanicamente robusti.

Il metodo si applica a un'ampia gamma di materiali 2D, tra cui MXene e dichalcogenuri di metalli di transizione. La sua bassa temperatura di fabbricazione consente anche l'impronta superficiale e la modellatura in situ, che sono difficili con la sinterizzazione ad alta temperatura a causa del ritiro e dell'espansione indotti termicamente. Inoltre, i materiali vdW privi di additivi facilitano le applicazioni ad alta temperatura in cui i compositi polimerici basati su materiali 2D falliscono.

Questo risultato deriva principalmente dall’interazione vdW, che fornisce ai materiali sfusi prodotti un’elevata resistenza meccanica. L'attivazione dell'interazione vdW non richiede temperature elevate ma piuttosto un contatto nanometrico o sub-nanometrico tra nanofogli adiacenti. La sottigliezza e la flessibilità dei nanofogli 2D li rendono facilmente mobili e deformabili, facilitando la formazione di contatti intimi.

Inoltre, i ricercatori hanno scoperto che l'acqua adsorbita sui nanofogli è un potente "ausilio alla sinterizzazione" che lubrifica i nanofogli per garantire un buon allineamento. L'acqua confinata viene quindi desorbita dai nanofogli e fuoriesce dal materiale a causa dell'effetto di nano-confinamento, che chiude il capillare, attivando così l'interazione vdW e risultando in un materiale vdW densificato e resistente.

"Questo processo semplifica la fabbricazione e riduce l'elevato consumo energetico associato alla produzione di materiali vdW in massa, offrendo scalabilità e potrebbe anche introdurre approcci innovativi alla progettazione dei materiali vdW, come l'ibridazione di vari materiali 2D, in particolare quelli instabili a temperature di lavorazione elevate", ha affermato Il Prof. Su Yang, ricercatore presso la Shenzhen International Graduate School dell'Università Tsinghua (SIAT) e corrispondente autore dell'articolo.

"Questo studio suggerisce la rivoluzione dei metodi tradizionali di lavorazione dei materiali attraverso l'utilizzo dei nanomateriali", ha affermato il prof. Cheng Huiming della SIAT.

Il team comprende ricercatori del SIAT dell'Accademia cinese delle scienze (CAS), della Shenzhen International Graduate School dell'Università Tsinghua, dell'Istituto di ricerca sui metalli del CAS e dell'Università della scienza e della tecnologia della Cina del CAS.