Scienza, dalla medicina alla robotica: nuove prospettive per i materiali 2D

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Scanning electron microscope image of the MXene produced by HF-etching of Ti3AlC2 (foto Wikipedia)

Si chiamano MXenes, sono materiali sottilissimi, spessi solo pochi atomi, e possono essere utilizzati per diversi scopi, dallo stoccaggio di energia, fino alla purificazione dell’acqua. Descritti sulla rivista Science, alcuni di questi prodotti sono stati progettati dagli scienziati dell’Università di Linkoping, che, guidati da Johanna Rose’n, hanno ideato un nuovo approccio per sintetizzare centinaia di questi prodotti. Dalla scoperta del grafene, i materiali 2D sono stati oggetto di numerose ricerche, per via della loro ampia superficie a fronte di volume e peso ridotti. Queste peculiarita’ sono associate a una serie di fenomeni fisici e proprieta’ distintive, come buona conduttivita’ ed elevata resistenza a diversi stimoli. Per tali possibilita’, i materiali 2D sono estremamente interessanti sia dal punto di vista teorico che applicativo. “In una pellicola spessa solo un millimetro – afferma Rose’n – possiamo raccogliere milioni di strati di materiali, che possono instaurare reazioni chimiche e svolgere vari compiti, come immagazzinare energia o generare combustibili”.

Gli MXenes vengono generalmente creati da un materiale genitore tridimensionale chiamato MAX-fase, perche’ costituito da un metallo di transizione (M), un elemento chimico del gruppo A e un atomo di carbonio o azoto (X). Rimuovendo l’elemento A con acidi si crea un materiale bidimensionale. I ricercatori hanno ideato un approccio innovativo per realizzare nuove strutture tridimensionali che potrebbero essere convertite. Stando a quanto emerge dall’indagine, il modello teorico e’ coerente con la realta’. Gli esperti hanno sviluppato un processo a tre fasi: dalla definizione teorica iniziale, gli studiosi hanno previsto i materiali potenzialmente adatti a questo scopo. Grazie a un supercomputer, sono stati identificati 119 materiali 3D promettenti. “Abbiamo selezionato le opzioni caratterizzate da migliore stabilita’ chimica – riporta Jie Zhou, altra firma dell’articolo – per poi sintetizzare il materiale e incidere uno specifico strato di atomi utilizzando acido fluoridrico”. In particolare, gli esperti hanno rimosso l’ittrio (Y) da un materiale chiamato YRu2Si2 per ottenere Ru2SixOy. Nel terzo passaggio, il team ha utilizzato il microscopio elettronico per esaminare la struttura a livello atomico. “Siamo stati in grado di confermare che il nostro modello teorico funzionava bene – commenta Jonas Bjork, coautore dell’articolo – Dopo l’esfoliazione, le immagini del materiale somigliavano alle pagine di un libro. E’ sorprendente che la teoria possa essere messa in pratica, espandendo cosi’ il concetto di esfoliazione chimica a piu’ famiglie di materiali oltre a MXenes”. Questi risultati pongono le basi per lo sviluppo di nuovi materiali 2D con proprieta’ uniche, che potrebbero essere impiegati per moltissime applicazioni tecnologiche, che spaziano dalla medicina alla robotica fino alla Scienza ambientale. “In generale – conclude Rose’n – i materiali 2D hanno mostrato un grande potenziale. Potrebbero catturare l’anidride carbonica o purificare l’acqua. Nei prossimi step, dobbiamo solo cercare di ottimizzare il processo e renderlo piu’ sostenibile”.

(fonte foto Wikipedia)