¿Hay algo que los materiales MXene no puedan hacer?

Desde el descubrimiento de una gran familia nueva de materiales bidimensionales por investigadores de la Universidad de Drexel en 2011, la exploración continua ha revelado su capacidad excepcional para almacenar energía, bloquear la interferencia electromagnética, purifica el agua e incluso protege de las bacterias. Y, como sugiere una investigación reciente, Los MXenes también son muy duraderos:el material más resistente de su tipo, según un nuevo estudio en la revista Avances de la ciencia .

El hallazgo, presentado por investigadores de Drexel y la Universidad de Nebraska-Lincoln, muestra que los MXenes tienen la calificación más alta entre los materiales bidimensionales producidos por el procesamiento de soluciones, el método estándar para hacer escalables, materiales prácticamente útiles en el laboratorio, en una medida llamada "módulo de elasticidad".

En una comparación lado a lado con el óxido de grafeno o el óxido de grafeno reducido, nuevos materiales prometedores que ya se están utilizando para agregar resistencia al caucho y los polímeros, una escama de carburo de titanio MXene resultó ser aproximadamente un 50 por ciento más rígida.

Esta prueba de resistencia se realiza colocando una sola hoja de un material sobre una superficie de prueba de oblea de silicio con agujeros. Luego, una punta afilada de un microscopio de fuerza atómica empuja el material, haciendo una sangría. Mientras esto sucede, la sonda también mide la fuerza que se necesita para hacer la muesca, lo que determina la resistencia y el módulo de elasticidad del material. El equipo repitió la prueba 36 veces y descubrió que el módulo del material es el más alto registrado para un material procesado en solución y comparable incluso con las membranas de material más fuertes conocidas actualmente por los investigadores:grafeno puro y disulfuro de molibdeno.

"Este trabajo abre el camino para estudiar las propiedades mecánicas de las monocapas de otros MXenes y amplía la ya amplia gama de aplicaciones de los MXenes, "dijo Yury Gogotsi, Doctor., Distinguido profesor universitario y de Bach en la Facultad de Ingeniería, quien fue el autor principal de la investigación.

Si bien los resultados no fueron exactamente inesperados (los investigadores han notado de manera anecdótica la fuerza de MXene en el laboratorio a lo largo de los años), se ha necesitado algo de tiempo para recopilar formalmente estos datos debido a los desafíos de crear muestras suficientemente grandes de una sola capa del material y probando mecánicamente las hojas que tienen solo unos pocos átomos de espesor.

Pero los investigadores de Drexel ahora han mejorado su capacidad para producir copos más grandes de carburo de titanio MXene. Y a través de la colaboración con el equipo de Nebraska, Pudieron realizar las pruebas con un microscopio de fuerza atómica para determinar su fuerza.

La última investigación apuntó al grafeno como el material bidimensional más fuerte, en términos de módulo, por lo que fue relevante para el equipo medir un MXene frente a la versión procesada del grafeno:óxido de grafeno. No solo informan que MXene es más fuerte, Los investigadores también demostraron que, si bien una película de grafeno se rompe catastróficamente cuando el penetrador hace un agujero en la película, MXene no lo hace.

El descubrimiento de las propiedades mecánicas superiores de MXene sugiere que podría ser un aditivo útil para compuestos estructurales, como fibra de vidrio. También se puede utilizar en recubrimientos y membranas protectoras, como una forma de aumentar su durabilidad. Y con alrededor de 30 MXenes ya producidos, Hay muchas posibilidades de encontrar variedades aún más fuertes que el carburo de titanio probado en este estudio.

"Conocer las propiedades mecánicas de MXene de una sola hoja es absolutamente fundamental para desarrollar materiales compuestos duros y duros, ", Dijo Gogotsi." El próximo paso para los MXenes será agregarlos a los polímeros, metales y cerámicas para ver cómo se pueden mejorar sus propiedades. Por ejemplo, agregar carburo de titanio a cerámicas y polímeros puede aumentar su resistencia mecánica y conductividad al mismo tiempo; estos compuestos pueden usarse para aplicaciones estructurales, blindaje electromagnético y muchos otros propósitos ".