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Científicos de la Universidad de Chicago descubren una manera fácil de hacerlos

Científicos de la Universidad de Chicago descubren una manera fácil de hacerlos

Imagen: Una imagen de microscopio electrónico de barrido revela las hermosas formas de pequeñas estructuras conocidas como MXenes, que son de interés para los científicos para nuevos dispositivos y electrónica, pero que antes eran difíciles de crear. Se cultivó de una manera nueva, más fácil y menos tóxica inventada por químicos de la Universidad de Chicago. Como referencia, un cabello humano tiene aproximadamente 50 micrómetros de diámetro.
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Crédito: Di Wang

El secreto de un croissant perfecto está en las capas, tantas como sea posible, cada una puntuada con mantequilla. De manera similar, el nuevo material que promete nuevas aplicaciones está hecho de capas de metal extremadamente delgadas, entre las cuales los científicos pueden deslizar diferentes iones para diferentes propósitos. Esto los hace extremadamente útiles para la futura electrónica de alta tecnología o para el almacenamiento de energía.

Hasta hace poco, estos artículos, conocidos como MXenes, pronunciados “max-eens”, requerían tanta mano de obra como un buen croissant hecho en una panadería francesa.

Pero un nuevo descubrimiento realizado por científicos de la Universidad de Chicago muestra cómo hacer que estos MXenes sean más rápidos y fáciles, con menos subproductos tóxicos.

Los investigadores tienen esperanzas en el descubrimiento, que se publicó el 24 de marzo. Cienciasimpulsará nuevas innovaciones y allanará el camino hacia el uso de MXenes en dispositivos y dispositivos electrónicos cotidianos.

economia del maiz

Cuando se descubrieron en 2011, MXenes entusiasmó a muchos científicos. Normalmente, cuando se corta un metal como el oro o el titanio para crear láminas atómicamente delgadas, deja de comportarse como metal. Pero los enlaces químicos inusualmente fuertes en MXenes les permiten retener las habilidades especiales del metal, como la electricidad fuertemente conductora.

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También son fácilmente personalizables: “Puedes poner iones entre las capas para usarlos para el almacenamiento de energía, por ejemplo”, dijo el estudiante graduado de química Di Wang, coautor del artículo con el investigador postdoctoral Chenkun Zhou.

Todas estas ventajas podrían hacer que MXenes sea extremadamente útil para construir nuevos dispositivos, por ejemplo, para almacenar electricidad o para prevenir la interferencia de ondas electromagnéticas.

Sin embargo, el único método que conocemos para hacer MXenes involucró varios pasos intensos de ingeniería química, incluido el calentamiento de la mezcla a 3000 grados Fahrenheit seguido de un baño en ácido fluorhídrico.

“Eso está bien si está haciendo unos pocos gramos para experimentos en el laboratorio, pero si quiere hacer grandes cantidades para usar en productos comerciales, se vuelve muy problemático deshacerse de los desechos corrosivos”, explicó Dmitry Talapin, de Ernest DeWitt. Burton Profesor Distinguido de Química en la Universidad de Chicago, designado conjuntamente en el Laboratorio Nacional de Argonne y autor correspondiente del artículo.

Para diseñar un método más eficiente y menos tóxico, el equipo utilizó los principios de la química, en particular, la “economía atómica”, que busca reducir la cantidad de átomos desperdiciados durante una reacción.

El equipo de UChicago ha descubierto nuevas reacciones químicas que permiten a los científicos fabricar MXenes a partir de precursores simples y económicos, sin el uso de ácido fluorhídrico. Consiste en un solo paso: mezclar varios productos químicos con el metal del que desea hacer capas y luego calentar la mezcla a 1,700 grados Fahrenheit. “Luego lo abres y ahí está”, dijo Wang.

El método más fácil y menos tóxico abre nuevas vías para que los científicos creen y exploren nuevos tipos de MXenes para diferentes aplicaciones, como diferentes aleaciones de metales o diferentes aromatizantes iónicos. El equipo probó el método con metales de titanio y circonio, pero cree que la técnica también se puede usar en muchas formulaciones diferentes.

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“Estos nuevos MXenes también son visualmente hermosos”, agregó Wang. “Se levantan como flores, lo que puede hacerlos mejores para las interacciones, porque los bordes están expuestos y accesibles para que los iones y las moléculas se muevan entre las capas minerales”.

El estudiante graduado Wooje Cho también fue coautor del artículo. La exploración fue posible con la ayuda de colegas de UChicago en todos los departamentos, incluido un químico teórico. Suri VaikuntanathanAlexander Filatov, director del Centro de Investigación de rayos X y electroquímica zhong liu y Mingzhan Wang de la Escuela Pritzker de Ingeniería Molecular. La microscopía electrónica fue realizada por Robert Klee y Francisco Lagunas con la Universidad de Illinois en Chicago.

Parte de la investigación se llevó a cabo a través del Centro de Investigación de Fronteras Energéticas de Materiales Avanzados para Sistemas de Energía y Agua del Departamento de Energía de EE. UU.; Centro de Ciencia e Ingeniería de Investigación de Materiales de la Universidad de Chicago; y en el Centro de Nanomateriales del Laboratorio Nacional de Argonne.


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