Np-Pt é composto de ligamentos interconectados de pequeno diâmetro, ou fios, de platina tão pequenos quanto dois nanômetros (10
-9
m) de diâmetro com pequenos poros entre eles. A natureza pequena dos ligamentos de platina e os numerosos poros minúsculos melhoram a estabilidade estrutural do material e a sua condutividade energética, conforme indicado pelo gráfico que ilustra a densidade da corrente, ou a quantidade de carga que flui através de uma área específica num determinado tempo, e relativa mudança de comprimento. Crédito:Materiais e dispositivos energéticos , Imprensa da Universidade de Tsinghua Atuadores são componentes comuns de máquinas que convertem energia em movimento, como os músculos do corpo humano, vibradores em telefones celulares ou motores elétricos. Os materiais ideais para atuadores precisam de boas propriedades eletroquímicas para conduzir repetidamente correntes elétricas feitas de elétrons fluindo.
Além disso, os materiais do atuador exigem excelentes propriedades mecânicas para suportar o estresse físico associado ao movimento contínuo. A platina nanoporosa (np-Pt), uma matriz de platina contendo minúsculos poros para aumentar a condução de energia, foi recentemente criada em grandes quantidades e de maneira econômica, tornando o np-Pt um material atuador ideal e mais prático.
Um grupo de cientistas de materiais da Universidade de Tecnologia de Hamburgo, em Hamburgo, Alemanha, fabricou um material np-Pt de ligamento ultrafino feito de uma rede aleatória e interconectada de fios de platina muito finos, ou ligamentos, tão pequenos quanto dois nanômetros (10
-9
m) de diâmetro.
Essa rede também cria minúsculos poros entre os fios, o que melhora o movimento dos elétrons ou átomos carregados através do material. É importante ressaltar que a equipe utilizou um método de fabricação eficiente que diminuiu o custo associado à síntese de um np-Pt. Ao diminuir o diâmetro dos fios de Pt, tanto a relação superfície-volume quanto a estabilidade mecânica do material np-Pt aumentam, melhorando o desempenho do atuador do material.
Os pesquisadores publicaram seu estudo em
Energy Materials and Devices .
Em comparação com outros metais e materiais nanoporosos que estão sendo investigados para seu uso potencial como atuadores, a equipe descobriu que o np-Pt era fisicamente mais robusto e provavelmente funcionaria bem como sensor ou material detector em comparação com outros materiais nanoporosos que são muito frágeis.
"O tamanho fino do ligamento de np-Pt poderia fornecer uma área de superfície aprimorada que torna o material um promissor... catalisador de reações químicas, bem como um material atuador", disse Haonan Sun, primeiro autor do artigo e pesquisador do Grupo de Pesquisa de Sistemas Integrados de Nanomateriais Metálicos na Universidade de Tecnologia de Hamburgo. Como catalisador, o np-Pt aceleraria a taxa de reações químicas específicas.
O que foi mais singular no estudo foi como os pesquisadores fabricaram o material np-Pt. "O principal avanço nesta pesquisa é que obtivemos np-Pt em massa por desligação eletroquímica. Estudos anteriores sobre np-Pt foram todos baseados em nanopartículas ou filmes que foram preparados usando partículas comerciais de Pt mais caras. Portanto, o método fácil e barato de desligação aumenta a praticidade do np-Pt e torna possíveis mais pesquisas", disse Sun.
Especificamente, a desligação é um processo de lixiviação ou corrosão seletiva onde um componente de uma liga, ou mistura de material, é removido seletivamente do material. Antes do processo de desligação, o material é uma mistura uniforme. Após o processo de lixiviação seletiva, os materiais misturados mais quimicamente ativos são parcialmente removidos do material, deixando para trás minúsculos poros.
Neste caso, o np-Pt foi fabricado por lixiviação seletiva de cobre de uma liga de platina-cobre (Pt
15 Cu
85 ) usando ácido sulfúrico (H
2 SO
4 ).
Antes deste estudo, o np-Pt também nunca havia sido fabricado em grandes quantidades. A equipe de pesquisa sugere que o desempenho bem-sucedido do np-Pt a granel serve como modelo para o desenvolvimento de outros metais nanoporosos que podem ser investigados quanto à sua adequação como potenciais materiais atuadores, sensores de deformação ou catalisadores de reações químicas.
Com o desempenho do material do atuador np-Pt estabelecido, a equipe espera determinar os efeitos do material nas reações químicas. "O próximo passo deste estudo é investigar a propriedade do catalisador químico do nosso np-Pt. Já encontramos alguns fenômenos muito interessantes com np-Pt em massa na reação de redução de oxigênio que combina oxigênio e hidrogênio para formar água... e gostaríamos gostaria de fazer uma pesquisa mais profunda sobre isso", disse Sun.
Mais informações: Haonan Sun et al, Platina nanoporosa em massa para atuação eletroquímica,
Materiais e dispositivos energéticos (2023). DOI:10.26599/EMD.2023.9370006
Fornecido pela Imprensa da Universidade de Tsinghua
