La transizione dall'ordine al disordine a livello atomico apre la strada ai futuri dispositivi elettronici
In un importante progresso, un team internazionale di scienziati ha pubblicato uno studio sulla prestigiosa rivista Science, gettando luce sulla sintesi e il comportamento dei MXenes, un tipo di materiale bidimensionale.
I MXenes, noti per i loro strati di carbonio e metallo, coperti da gruppi funzionali superficiali come ossigeno, idrossile o fluoro, hanno mostrato un potenziale promettente in vari campi. Questo potenziale è in gran parte attribuito alle proprietà e alla stabilità conferite da questi gruppi funzionali.
Lo studio, guidato dal Vojvodic Lab, ha fatto un notevole passo avanti trovando un modo per incorporare fino a nove metalli diversi nei MXenes. Questa scoperta amplia le possibilità per le applicazioni dei MXenes, poiché le proprietà uniche di ogni metallo possono essere sfruttate per creare materiali con caratteristiche personalizzate.
Per prevedere le proprietà di questi nuovi MXenes, il Vojvodic Lab si è rivolto all'apprendimento automatico, esaminando combinazioni vastissime di metalli. Hanno eseguito simulazioni di teoria funzionale della densità per calcolare le energie di formazione e la stabilità dei MXenes in diverse combinazioni e terminazioni superficiali.
Nel frattempo, il team M-STAR, guidato da Yury Gogotsi all'Università Drexel, ha sintetizzato e caratterizzato circa 40 ceramiche MAX-fase, i materiali genitori per i MXenes. Trattando questi materiali genitori 3D con solventi aggressivi, sono stati in grado di produrre MXenes.
In modo interessante, lo studio ha scoperto che nei MXenes con pochi metalli (fino a sei), alcuni metalli tendono a segregarsi in strati distinti. Tuttavia, una volta che il numero di metalli è sufficientemente grande (sette o più tipi diversi), la posizione dei diversi metalli diventa completamente mescolata e disordinata.
Oltre al Vojvodic Lab e al team M-STAR, diversi altri gruppi di ricerca hanno contribuito allo studio. Yinan Yang e De-en Jiang dell'Università Vanderbilt, Paweł P. Michałowski del Łukasiewicz Research Network e il laboratorio di Zahra Fakhraai all'Università di Chicago sono stati tra i contributori.
Il gruppo Fakhraai, in particolare, ha mappato la struttura dei MXenes utilizzando la microscopia a forza atomica e ha indagato le loro proprietà ottiche ed elettroniche. Hanno scoperto che la chimica di superficie plasma in modo significativo le prestazioni di questi materiali, in particolare nei MXenes disordinati.
Il progetto, sostenuto dal centro M-STAR dell'NSF, ha contato sulla stretta collaborazione tra studenti di dottorato e postdoc in diverse istituzioni per diversi anni. Il lavoro ha ricevuto ulteriori finanziamenti dal National Science Foundation, dal National Science Centre of Poland, dal Department of Energy, dall'Istituto Vagelos per la scienza e la tecnologia dell'energia e dall'Istituto coreano per l'avanzamento della tecnologia.
Questo sforzo collaborativo rappresenta un importante passo avanti nella nostra comprensione dei MXenes e delle loro potenziali applicazioni. Man mano che la ricerca prosegue, possiamo aspettarci ulteriori progressi in questo campo emozionante.
