Um novo caminho para a engenharia da família MXene 2D por meio de técnicas de deposição de camadas atômicas de metais preciosos
Figura 1. Esquema do processo de deposição da camada atômica e cobertura de etapas do filme ALD-Ru. Crédito:Ciência Avançada (2023). DOI:10.1002/advs.202206355 Uma equipe de pesquisadores, liderada pelo professor Soo-Hyun Kim na Escola de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais e Dispositivos Semicondutores e no Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais da UNIST, fez progressos significativos no controle preciso de metais preciosos (Ru, Ir, Pt, Pd) incorporação por deposição de camada atômica (ALD).
Neste estudo, publicado na Advanced Science , a equipe desenvolveu com sucesso nanomateriais bidimensionais (2D) únicos e inexplorados V-MXene pela primeira vez acoplados ao metal precioso rutênio (Ru) por meio do processo ALD. Essa inovação é imensamente promissora para diversas aplicações, tanto no modo de contato quanto sem contato, de detecção de temperatura em tempo real na interface homem-máquina.
A integração do V-MXene projetado pela Ru através do ALD demonstrou um notável aprimoramento de 300% no desempenho e durabilidade da detecção do dispositivo, superando as capacidades do V-MXene original. Este avanço não só abre caminho para a criação de dispositivos multifuncionais e de última geração para cuidados de saúde pessoais, mas também traz grandes promessas para a progressão das tecnologias de conversão e armazenamento de energia limpa.
Além disso, a utilização da técnica ALD industrialmente escalável utilizada nesta pesquisa permite a engenharia precisa de superfícies MXene com metais preciosos, abrindo assim novas possibilidades para aplicações futuras.
Figura 2. Quantidade a granel delaminada conforme sintetizada V2CTX MXene (DM-V2CTX) para desenvolver Ru-ALD Engineered DM-V2CTX (Ru@DM-V2CTX) para detecção de temperatura da pele em tempo real, toque sem contato, detecção de proximidade e monitoramento de respiração . Crédito:Ciência Avançada (2023). DOI:10.1002/advs.202206355
Figura 3. Microestrutura DM-V2CTX MXene projetada por Ru-ALD e mapeamento elementar. (A) HAADF STEM mostrando a presença da estrutura DM-V2CTX MXene em camadas e a distribuição de átomos/clusters de Ru, (B, C) HR-STEM da estrutura em camadas bem definida de DM-V2CTX MXene em toda a amostra e inserção ( B) confirma a abertura das camadas V2CTX MXene após a remoção das camadas Al, (D) HR-STEM de ambas as redes DM-V2CTX MXene e Ru em camadas, (E) espectros elementares Super-X EDS confirmando os elementos V, C, Ru e (F – I) suas imagens de mapeamento elementar correspondentes. Os átomos na figura 2B são mostrados com as mesmas cores ilustradas na Figura 1 após o processo de gravação e delaminação. Crédito:Ciência Avançada (2023). DOI:10.1002/advs.202206355
“Estamos entusiasmados com o potencial deste avanço”, disse o professor Kim. "A integração de metais preciosos com precisão permite abrir um novo mundo de possibilidades no desenvolvimento de dispositivos de cuidados de saúde pessoais versáteis, seguros e de próxima geração, bem como sistemas de conversão e armazenamento de energia limpa, com potencial para impactar substancialmente vidas das pessoas."
Debananda Mohapatra, professora pesquisadora associada na Escola de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais e Dispositivos Semicondutores da UNIST, enfatizou a facilidade e versatilidade da engenharia de superfícies MXene com metais preciosos, usando técnicas ALD favorecidas industrialmente. Ele também destacou o potencial para aplicações em tempo real em dispositivos vestíveis de saúde e campos de energia limpa. Ele disse:"Este trabalho bem-sucedido marca o início de um próspero campo de pesquisa focado no avanço da engenharia e aplicações de nanomateriais 2D capacitados pela ALD."
A equipe de pesquisa destacou ainda o vasto potencial para explorar os não-Ti-MXenes menos investigados, como MXenes baseados em Mo, V e Nb, para engenharia de estrutura interna de superfície usando metais preciosos seletivos (Ru, Ir, Pt, Pd) Processos ALD.
Ao incorporar átomos únicos ou aglomerados atômicos de metais preciosos (Ru, Ir, Pt e Pd), a atividade superficial resultante e a sensibilidade/desempenho energético por átomo podem ser significativamente melhoradas. Esta abordagem minimiza a utilização destes metais preciosos escassos e caros.
Mais informações: Debananda Mohapatra et al, Rutênio controlado por processo em V-MXene projetado em 2D via deposição de camada atômica para monitoramento de saúde humana, Ciência Avançada (2023). DOI:10.1002/advs.202206355 Informações do diário: Ciência Avançada
Fornecido pelo Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Ulsan
