Sviluppato nel 2011, MXene è un nanomateriale bidimensionale con strati alternati di metallo e carbonio, che ha un'elevata conduttività elettrica e può essere combinato con vari composti metallici, rendendolo un materiale che può essere utilizzato in vari settori come semiconduttori, dispositivi elettronici, e sensori.
Per utilizzare correttamente MXene, è importante conoscere il tipo e la quantità di molecole ricoperte sulla superficie e, se le molecole ricoperte sulla superficie sono fluoro, la conduttività elettrica diminuisce e l'efficienza della schermatura delle onde elettromagnetiche diminuisce. Tuttavia, poiché ha uno spessore di solo 1 nm, sono necessari diversi giorni per analizzare le molecole sulla superficie anche con un microscopio elettronico ad alte prestazioni, quindi la produzione di massa è stata finora impossibile.
Il gruppo di ricerca guidato da Seung-Cheol Lee, direttore dell'Indo-Korea Science and Technology Center (IKST) presso il Korea Institute of Science and Technology (KIST), ha sviluppato un metodo per prevedere la distribuzione delle molecole sulla superficie utilizzando il metodo proprietà di magnetoresistenza di MXene. L'articolo è pubblicato sulla rivista Nanoscale .
Utilizzando questo metodo, è possibile misurare la distribuzione molecolare di MXene con una semplice misurazione, consentendo il controllo di qualità nel processo di produzione, che dovrebbe aprire la strada alla produzione di massa che prima non era possibile.
Il gruppo di ricerca ha sviluppato un programma di previsione delle proprietà dei materiali bidimensionali basato sull'idea che la conduttività elettrica o le proprietà magnetiche cambiano a seconda delle molecole attaccate alla superficie. Hanno calcolato le proprietà di trasporto magnetico di MXene e sono riusciti ad analizzare il tipo e la quantità di molecole adsorbite sulla superficie di MXene a pressione atmosferica e temperatura ambiente senza dispositivi aggiuntivi.
Analizzando la superficie dell'MXene con il programma di previsione delle proprietà sviluppato, è stato previsto che il fattore di diffusione di Hall, che influenza il trasporto magnetico, cambia drasticamente a seconda del tipo di molecole di superficie.
Il fattore di diffusione di Hall è una costante fisica che descrive le proprietà di trasporto di carica dei materiali semiconduttori e il team ha scoperto che anche quando veniva preparato lo stesso MXene, il fattore di diffusione di Hall aveva un valore di 2,49, il più alto per il fluoro, 0,5 per l'ossigeno. e 1 per l'idrossido, consentendo loro di analizzare la distribuzione delle molecole.
Il coefficiente di diffusione Hall ha diverse applicazioni in base al valore 1. Se il valore è inferiore a 1, può essere applicato a transistor ad alte prestazioni, generatori ad alta frequenza, sensori ad alta efficienza e fotorilevatori e se il valore è superiore a 1 può essere applicato a materiali termoelettrici e sensori magnetici. Considerando che le dimensioni di MXene sono di pochi nanometri o meno, le dimensioni del dispositivo applicabile e la quantità di energia richiesta possono essere notevolmente ridotte.
"A differenza degli studi precedenti incentrati sulla produzione e sulle proprietà dell'MXene puro, questo studio è significativo in quanto fornisce un nuovo metodo per l'analisi molecolare della superficie per classificare facilmente l'MXene prodotto", ha affermato Seung-Cheol Lee, direttore dell'IKIST. "Combinando questo risultato con studi sperimentali, prevediamo di essere in grado di controllare il processo di produzione di MXene, che verrà utilizzato per produrre in serie MXene con qualità uniforme."
L'IKST è stato fondato nel 2010 e conduce ricerche nei settori della teoria, del codice sorgente e del software per la scienza computazionale. In particolare, il codice sorgente è un linguaggio di programmazione che implementa algoritmi che possono essere modellati e simulati, ed è considerato una ricerca originale nel campo delle scienze computazionali, e il centro conduce ricerche in collaborazione con università e istituti di ricerca indiani come IIT Bombay per sviluppare codice sorgente.
Ulteriori informazioni: Namitha Anna Koshi et al, Le proprietà del magnetotrasporto possono fornire informazioni sui gruppi funzionali negli MXeni semiconduttori?, Nanoscala (2023). DOI:10.1039/D2NR06409J
Informazioni sul giornale: Nanoscala
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