Los materiales vdW a granel son un foco importante de investigación porque se mantienen unidos mediante fuerzas vdW débiles en lugar de fuertes enlaces covalentes o metálicos. El estudio se publica en Nature Materials .

Anteriormente, los materiales vdW a granel, como el grafito y el nitruro de boro hexagonal, solo podían sintetizarse a temperaturas muy altas (>1000 °C). En este estudio, en lugar de sinterizar directamente partículas de grafito o nitruro de boro a temperaturas tan altas, las partículas se exfoliaron en nanohojas bidimensionales (2D) con un consumo de energía muy bajo. Posteriormente, se empleó un proceso de moldeo a 45 °C (o incluso a temperatura ambiente) para transformar estas nanoláminas en materiales vdW a granel mecánicamente robustos.

El método se aplica a una amplia gama de materiales 2D, incluidos MXene y dicalcogenuros de metales de transición. Su baja temperatura de fabricación también permite la impresión de la superficie y la conformación in situ, que son un desafío con la sinterización a alta temperatura debido a la contracción y expansión inducidas térmicamente. Además, los materiales vdW sin aditivos facilitan las aplicaciones de alta temperatura donde fallan los compuestos poliméricos basados ​​en materiales 2D.

Este resultado se debe principalmente a la interacción vdW, que proporciona a los materiales a granel fabricados una alta resistencia mecánica. Activar la interacción vdW no requiere altas temperaturas, sino más bien un contacto nanométrico o subnanómetro entre nanohojas adyacentes. La delgadez y flexibilidad de las nanohojas 2D las hacen fácilmente móviles y deformables, facilitando la formación de un contacto íntimo.

Además, los investigadores descubrieron que el agua adsorbida en las nanohojas es una poderosa "ayuda para la sinterización" que lubrica las nanohojas para lograr una buena alineación. Luego, el agua confinada se desorbe de las nanoláminas y escapa del material debido al efecto de nanoconfinamiento, que cierra el capilar, activando así la interacción vdW y dando como resultado un material vdW fuerte y densificado.

"Este proceso simplifica la fabricación y reduce el alto consumo de energía asociado con la producción de materiales vdW a granel, ofreciendo escalabilidad, y también podría introducir enfoques innovadores para el diseño de materiales vdW, como la hibridación de varios materiales 2D, particularmente aquellos inestables a altas temperaturas de procesamiento", dijo Prof. Su Yang, investigador de la Escuela Internacional de Graduados de Shenzhen de la Universidad Tsinghua (SIAT) y autor correspondiente del artículo.

"Este estudio sugiere una revolución en los métodos tradicionales de procesamiento de materiales mediante la utilización de nanomateriales", afirmó el profesor Cheng Huiming de SIAT.

El equipo incluye investigadores del SIAT de la Academia China de Ciencias (CAS), la Escuela Internacional de Graduados de Shenzhen de la Universidad Tsinghua, el Instituto de Investigación de Metales de la CAS y la Universidad de Ciencia y Tecnología de China de la CAS.