Cientistas descobrem maneira fácil de produzir atomicamente

Por Universidade de Chicago, 30 de março de 2023

Uma imagem de microscopia eletrônica de varredura revela as belas formas de minúsculas estruturas conhecidas como MXenes, que são de interesse dos cientistas para novos dispositivos e eletrônicos, mas que antes eram difíceis de criar. Estes foram cultivados com um novo método mais fácil e menos tóxico inventado por químicos da Universidade de Chicago. Para referência, o diâmetro de um cabelo humano é de cerca de 50 µm. Crédito: Di Wang

A chave para um croissant perfeito reside na sua multiplicidade de camadas, cada uma intercalada com manteiga. Da mesma forma, um novo material com potencial para diversas aplicações é composto por inúmeras camadas metálicas ultrafinas, entre as quais os cientistas podem inserir diversos íons para fins específicos. Isso os torna potencialmente muito úteis para futuros eletrônicos de ponta e armazenamento de energia.

Até recentemente, produzir esses materiais, conhecidos como MXenes (pronuncia-se "max-eens"), era tão trabalhoso quanto criar um croissant de alta qualidade em uma tradicional padaria francesa.

Mas uma nova descoberta feita por cientistas da Universidade de Chicago mostra como fazer esses MXenes com muito mais rapidez e facilidade, com menos subprodutos tóxicos.

Os pesquisadores esperam que a descoberta, publicada na revista Science, estimule novas inovações e abra caminho para o uso de MXenes em eletrônicos e dispositivos do dia a dia.

Quando foram descobertos em 2011, os MXenes deixaram muitos cientistas muito animados. Normalmente, quando você raspa um metal como ouro ou titânio para criar folhas de espessura atômica, ele para de se comportar como um metal. Mas ligações químicas extraordinariamente fortes em MXenes permitem que eles retenham as habilidades especiais do metal, como conduzir eletricidade fortemente.

Eles também são facilmente personalizáveis: "Você pode colocar íons entre as camadas para usá-los para armazenar energia, por exemplo", disse o estudante de graduação em química Di Wang, co-autor do artigo junto com o pós-doutorando Chenkun Zhou.

Todas essas vantagens podem tornar os MXenes extremamente úteis para a construção de novos dispositivos, por exemplo, para armazenar eletricidade ou bloquear a interferência de ondas eletromagnéticas.

However, the only way we knew to make MXenes involved several intensive chemical engineering steps, including heating the mixture at 3,000°F followed by a bath in hydrofluoric acidAny substance that when dissolved in water, gives a pH less than 7.0, or donates a hydrogen ion." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">ácido.

"This is fine if you’re making a few grams for experiments in the laboratory, but if you wanted to make large amounts to use in commercial products, it would become a major corrosive waste disposal issue," explained Dmitri Talapin, the Ernest DeWitt Burton Distinguished Service Professor of Chemistry at the University of ChicagoFounded in 1890, the University of Chicago (UChicago, U of C, or Chicago) is a private research university in Chicago, Illinois. Located on a 217-acre campus in Chicago's Hyde Park neighborhood, near Lake Michigan, the school holds top-ten positions in various national and international rankings. UChicago is also well known for its professional schools: Pritzker School of Medicine, Booth School of Business, Law School, School of Social Service Administration, Harris School of Public Policy Studies, Divinity School and the Graham School of Continuing Liberal and Professional Studies, and Pritzker School of Molecular Engineering." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">Universidade de Chicago, nomeado conjuntamente no Argonne National Laboratory e autor correspondente no artigo.

To design a more efficient and less toxic method, the team used the principles of chemistry—in particular "atomAn atom is the smallest component of an element. It is made up of protons and neutrons within the nucleus, and electrons circling the nucleus." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"atom economy," which seeks to minimize the number of wasted atoms during a reaction./p>