Descoberto por pesquisadores da Drexel University como eletrodos para aplicações de energia, MXenes se tornou um foco de pesquisa para KAUST. Husam Alshareef e sua equipe são especializados na criação de nanomateriais para aplicações eletrônicas e de energia. Eles os transformam em dispositivos, como supercapacitores, baterias e sensores. A superfície quimicamente ativa e o núcleo altamente condutor dos MXenes os tornam um candidato ideal para a pesquisa de materiais de ponta do grupo.

MXenes normalmente consistem em um núcleo de átomos de titânio e carbono, apenas alguns átomos de espessura. Este material metálico (um carboneto ou nitreto) tem condutividade elétrica comparável a um fio de cobre. A superfície superior e inferior do MXene é coberta com ligações metal-oxigênio (por exemplo, Ti-O) e metal-hidroxila (por exemplo, Ti-OH), que são química e eletroquimicamente ativos. "Esta combinação de propriedades torna MXenes único, "Alshareef explica.

"Pesquisadores da KAUST fizeram contribuições inovadoras para aplicações de MXenes em dispositivos eletrônicos e sensores, "diz Yury Gogotsi, um professor da Drexel University nos Estados Unidos, um dos descobridores de MXenes. "Eles os moveram do estágio de material para o estágio de dispositivo graças à sua experiência com a eletrônica. Isso é muito importante e pode ser um momento decisivo na implementação prática do MXenes na indústria."

Começando do zero

"Ter o know-how para preparar MXenes de boa qualidade é a chave para alcançar um desempenho excelente, "diz Alshareef. Para fazer os cristais atômicos 2-D MXene, o material original, conhecida como fase MAX, é primeiro preparado usando tecnologia de processamento de cerâmica convencional. O M em MAX representa um metal de transição, como titânio; A é tipicamente alumínio; e X é carbono ou nitrogênio. Métodos de processamento de solução são usados ​​para remover seletivamente o alumínio para criar cristais bidimensionais. Esses cristais são colocados em suspensões que são então usadas para fazer filmes, géis, folhas e pontos quânticos de MXene.

Os desafios em fazer MXenes são que temperaturas de até 1700 graus Celsius são necessárias para fazer a fase MAX parente, e HF é necessário para decapar o alumínio. "Estamos desenvolvendo processos para simplificar os protocolos de síntese e torná-los mais ecológicos e eficientes em termos de energia para preparar, "Alshareef diz.

Desenvolvendo novos dispositivos

Recentemente, Alshareef e seu grupo desenvolveram soft baseado em MXene, polímeros super-elásticos chamados hidrogéis. "Nós o chamamos de skin inteligente MXene, "Alshareef diz." É extensível em 3, 400 por cento, autocura, suave e pode sentir quase tudo - força de toque, direção, Rapidez, voz, pressão, temperatura, umidade. "A equipe mostrou que um pequeno pedaço de pele inteligente colocado na testa pode diferenciar várias expressões faciais, enquanto um pedaço colocado na pele sobre a caixa de voz poderia diferenciar cada letra do alfabeto apenas medindo o movimento da caixa de voz.

Dispositivos sensores, que pode capitalizar sobre a grande área de superfície e condutividade extraordinária de MXenes, são outra via promissora de pesquisa. Mais recentemente, a equipe criou um sensor de suor vestível baseado em MXene para monitorar os principais biomarcadores da transpiração. O sensor extensível pode medir simultaneamente vários parâmetros, incluindo lactato, glicose, pH e zinco. "Ele mede e transmite diretamente para o seu telefone - e funciona, "Alshareef diz." Nosso protótipo de sensor de suor vestível está funcionando bem, e nossos esforços futuros se concentrarão na miniaturização. "

As colaborações de Alshareef em todo o campus KAUST demonstram o amplo potencial de MXenes. Ele tem trabalhado com Omar Mohammed para entender suas propriedades optoeletrônicas fundamentais e para fabricar dispositivos fotônicos e plasmônicos baseados em MXene; Peng Wang, do Centro de Dessalinização e Reutilização de Água, desenvolver geradores de energia osmótica; e Xixiang Zhang para explorar a natureza bidimensional de MXenes para cultivar ferroelétrico bidimensional, cristais eletro-ópticos e piezoelétricos que herdam as propriedades dos MXenes.