Un método más sencillo de fabricar un revolucionario material 2D

Científicos de la Universidad de Chicago han presentado una forma sencilla de fabricar MXenos, unas láminas ultradelgadas capaces de alamcenar tanta energía como una batería y recargarse en segundos.

Este nuevo material está hecho de muchas capas de metal extremadamente delgadas, entre las cuales los científicos pueden deslizar diferentes iones para varios propósitos. Esto los hace potencialmente muy útiles para la futura electrónica de alta tecnología o el almacenamiento de energía.

Los investigadores esperan que el nuevo sistema más eficiente y con menos productos tóxicos, publicado en Science, estimule nuevas innovaciones y allane el camino hacia el uso de MXenos en dispositivos y dispositivos electrónicos cotidianos.

Cuando se descubrieron en 2011, los MXenos entusiasmaron a muchos científicos. Por lo general, cuando se manipula un metal como el oro o el titanio para crear láminas atómicamente delgadas, deja de comportarse como un metal. Pero los enlaces químicos inusualmente fuertes en los MXenos les permiten retener las habilidades especiales del metal, como conducir fuertemente la electricidad.

También son fácilmente personalizables: "Puedes poner iones entre las capas para usarlos para almacenar energía, por ejemplo", dijo en un comunicado el estudiante graduado de química Di Wang, coautor del artículo junto con el académico postdoctoral Chenkun Zhou.

Todas estas ventajas podrían hacer que los MXenos sean extremadamente útil para construir nuevos dispositivos, por ejemplo, para almacenar electricidad o bloquear la interferencia de ondas electromagnéticas.

Sin embargo, la única forma que conocíamos de hacer MXenos implicaba varios pasos intensivos de ingeniería química, incluido el calentamiento de la mezcla a 537 grados Celsius seguido de un baño en ácido fluorhídrico.

"Esto está bien si está haciendo unos pocos gramos para experimentos en el laboratorio, pero si quisiera hacer grandes cantidades para usar en productos comerciales, se convertiría en un problema importante de eliminación de desechos corrosivos", explicó Dmitri Talapin, profesor de Química en la Universidad de Chicago 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 minimizar la cantidad de átomos desperdiciados durante una reacción.

El equipo de Chicago descubrió nuevas reacciones químicas que permiten a los científicos fabricar MXenos a partir de precursores simples y económicos, sin el uso de ácido fluorhídrico. Consiste en un solo paso: mezclar varios productos químicos con cualquier metal del que desee hacer capas y luego calentar la mezcla a 926 grados Celsius. "Luego lo abres y ahí están", dijo Wang.

El método más fácil y menos tóxico abre nuevas vías para que los científicos creen y exploren nuevas variedades de MXenos para diferentes aplicaciones, como diferentes aleaciones de metales o diferentes sabores de iones. El equipo probó el método con metales de titanio y circonio, pero creen que la técnica también se puede usar para muchas otras combinaciones diferentes.

"Estos nuevos MXenos también son visualmente hermosos", agregó Wang. "Se paran como flores, lo que incluso puede hacerlos mejores para las reacciones, porque los bordes están expuestos y accesibles para que los iones y las moléculas se muevan entre las capas de metal".