Desarrollado en 2011, MXene es un nanomaterial bidimensional con capas alternas de metal y carbono, que tiene una alta conductividad eléctrica y puede combinarse con varios compuestos metálicos, lo que lo convierte en un material que puede utilizarse en diversas industrias, como semiconductores, dispositivos electrónicos, y sensores.

Para utilizar MXene correctamente, es importante conocer el tipo y la cantidad de moléculas cubiertas en la superficie, y si las moléculas cubiertas en la superficie son flúor, la conductividad eléctrica disminuye y la eficiencia del blindaje de ondas electromagnéticas disminuye. Sin embargo, dado que solo tiene 1 nm de espesor, se necesitan varios días para analizar las moléculas en la superficie incluso con un microscopio electrónico de alto rendimiento, por lo que la producción en masa ha sido imposible hasta ahora.

El equipo de investigación dirigido por Seung-Cheol Lee, director del Centro de Ciencia y Tecnología Indocoreana (IKST) del Instituto Coreano de Ciencia y Tecnología (KIST), ha desarrollado un método para predecir la distribución de moléculas en la superficie utilizando la Propiedad de magnetorresistencia de MXene. El artículo se publica en la revista Nanoscale. .

Al utilizar este método, es posible medir la distribución molecular de MXene con una medición simple, lo que permite el control de calidad en el proceso de producción, lo que se espera abra el camino a la producción en masa que antes no era posible.

El equipo de investigación desarrolló un programa de predicción de propiedades de materiales bidimensional basado en la idea de que la conductividad eléctrica o las propiedades magnéticas cambian dependiendo de las moléculas adheridas a la superficie. Calcularon las propiedades de transporte magnético de MXene y lograron analizar el tipo y la cantidad de moléculas adsorbidas en la superficie de MXene a presión atmosférica y temperatura ambiente sin ningún dispositivo adicional.

Al analizar la superficie del MXene con el programa de predicción de propiedades desarrollado, se predijo que el factor de dispersión Hall, que afecta el transporte magnético, cambia dramáticamente dependiendo del tipo de moléculas de la superficie.

El factor de dispersión Hall es una constante física que describe las propiedades de transporte de carga de los materiales semiconductores, y el equipo descubrió que incluso cuando se preparó el mismo MXene, el factor de dispersión Hall tenía un valor de 2,49, el más alto para el flúor, 0,5 para el oxígeno. y 1 para hidróxido, lo que les permite analizar la distribución de las moléculas.

El coeficiente de dispersión Hall tiene diferentes aplicaciones según el valor de 1. Si el valor es inferior a 1, se puede aplicar a transistores de alto rendimiento, generadores de alta frecuencia, sensores de alta eficiencia y fotodetectores, y si el valor es mayor que 1, se puede aplicar a materiales termoeléctricos y sensores magnéticos. Teniendo en cuenta que el tamaño del MXene es de unos pocos nanómetros o menos, el tamaño del dispositivo aplicable y la cantidad de energía requerida se pueden reducir drásticamente.

"A diferencia de estudios anteriores que se centraron en la producción y las propiedades del MXene puro, este estudio es importante porque proporciona un nuevo método para el análisis molecular de la superficie para clasificar fácilmente el MXene fabricado", dijo Seung-Cheol Lee, director de IKIST. "Al combinar este resultado con estudios experimentales, esperamos poder controlar el proceso de producción de MXene, que se utilizará para producir MXene en masa con una calidad uniforme".

IKST se estableció en 2010 y realiza investigaciones en las áreas de teoría, código fuente y software para ciencia computacional. En particular, el código fuente es un lenguaje de programación que implementa algoritmos que pueden modelarse y simularse, y se considera una investigación original en el campo de la ciencia computacional, y el centro lleva a cabo investigaciones colaborativas con universidades e institutos de investigación indios como IIT Bombay para desarrollar código fuente.

Más información: Namitha Anna Koshi et al, ¿Pueden las propiedades del magnetotransporte proporcionar información sobre los grupos funcionales en MXenes semiconductores?, Nanoescala (2023). DOI:10.1039/D2NR06409J

Información de la revista: Nanoescala

Proporcionado por el Consejo Nacional de Investigación de Ciencia y Tecnología