Existe alguma coisa que os materiais MXene não podem fazer?

Desde a descoberta de uma grande nova família de materiais bidimensionais por pesquisadores da Drexel University em 2011, a exploração contínua revelou sua capacidade excepcional de armazenar energia, bloquear a interferência eletromagnética, purificar a água e até mesmo afastar as bactérias. E, como uma pesquisa recente sugere agora, MXenes também são muito duráveis ​​- o material mais forte de seu tipo, de acordo com um novo estudo na revista Avanços da Ciência .

A descoberta, apresentado por pesquisadores da Drexel e da University of Nebraska-Lincoln, mostra que MXenes classifica a mais alta entre os materiais bidimensionais produzidos por processamento de solução - o método padrão para tornar escalável, materiais praticamente úteis no laboratório - em uma medida chamada "módulo de elasticidade".

Em uma comparação lado a lado com óxido de grafeno ou óxido de grafeno reduzido, novos materiais promissores que já estão sendo usados ​​para adicionar resistência à borracha e polímeros, um floco de carboneto de titânio MXene provou ser cerca de 50% mais rígido.

Este teste de resistência é realizado colocando uma única folha de um material sobre uma superfície de teste de wafer de silício com orifícios. Em seguida, uma ponta afiada de um microscópio de força atômica cutuca o material, fazendo um recuo. Enquanto isso está acontecendo, a sonda também mede a força necessária para fazer a indentação - determinando assim a resistência e o módulo de elasticidade do material. A equipe repetiu o teste 36 vezes e descobriu que o módulo do material era o mais alto registrado para um material processado em solução e comparável até mesmo às membranas de material mais fortes conhecidas atualmente pelos pesquisadores:grafeno puro e dissulfeto de molibdênio.

"Este trabalho abre o caminho para estudar as propriedades mecânicas de monocamadas de outros MXenes e estende a já ampla gama de aplicações dos MXenes, "disse Yury Gogotsi, Ph.D., Distinguished University e Bach Professor na Faculdade de Engenharia, quem foi o autor principal da pesquisa.

Embora os resultados não tenham sido exatamente inesperados - os pesquisadores observaram anedoticamente a força do MXene no laboratório ao longo dos anos - levou algum tempo para coletar formalmente esses dados devido aos desafios de criar amostras grandes o suficiente de uma única camada do material e testar mecanicamente as folhas que têm apenas alguns átomos de espessura.

Mas os pesquisadores da Drexel agora melhoraram sua capacidade de produzir flocos maiores de carboneto de titânio MXene. E através da colaboração com a equipe de Nebraska, foram capazes de realizar o teste com um microscópio de força atômica para determinar sua força.

A última pesquisa apontou para o grafeno como o material bidimensional mais forte, em termos de módulo, portanto, era relevante para a equipe medir um MXene em comparação com a versão processada de grafeno - óxido de grafeno. Eles não apenas relatam que o MXene é mais forte, os pesquisadores também mostraram que, embora um filme de grafeno se quebre catastroficamente quando o penetrador abre um buraco no filme, MXene não.

A descoberta das propriedades mecânicas superiores do MXene sugere que ele pode ser um aditivo útil para compósitos estruturais, como fibra de vidro. Também pode ser usado em revestimentos e membranas protetoras, como forma de aumentar sua durabilidade. E com cerca de 30 MXenes já produzidos, há uma boa chance de encontrar variedades ainda mais fortes do que o carboneto de titânio testado neste estudo.

"Conhecer as propriedades mecânicas do MXene de folha única é absolutamente crítico para o desenvolvimento de superfortes, materiais compostos resistentes e duros, "Gogotsi disse." O próximo passo para MXenes será adicioná-los aos polímeros, metais e cerâmicas para ver como suas propriedades podem ser melhoradas. Por exemplo, adicionar carboneto de titânio a cerâmicas e polímeros pode aumentar sua resistência mecânica e condutividade ao mesmo tempo - esses compostos podem ser usados ​​para aplicações estruturais, blindagem eletromagnética e muitos outros propósitos. "