Cient\u00edficos del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energ\u00eda de Estados Unidos est\u00e1n acercando la ingenier\u00eda de materiales a la escala at\u00f3mica, demostrando c\u00f3mo los MXenes pueden modificarse a un nivel casi at\u00f3mico para crear tecnolog\u00edas avanzadas.<\/p>\n
En dos publicaciones recientes, los investigadores demostraron nuevas formas de controlar los tipos de \u00e1tomos en los MXenes, su disposici\u00f3n y qu\u00e9 grupos qu\u00edmicos se adhieren a sus superficies de un \u00e1tomo de espesor.<\/p>\n
Los MXenes (pronunciado "max-ins") son una familia de materiales bidimensionales, a menudo de tan solo unos pocos \u00e1tomos de espesor. Est\u00e1n compuestos principalmente de metales de transici\u00f3n como el titanio, el vanadio o el molibdeno, unidos a carbono y\/o nitr\u00f3geno.<\/p>\n
Los MXenes forman inicialmente s\u00f3lidos en capas llamados fases MAX. Cuando los investigadores eliminan qu\u00edmicamente un tipo de capa de una fase MAX, las capas restantes se pueden separar en capas delgadas y planas de MXene.<\/p>\n
\u00abMe gusta pensar en las fases MAX como un libro de texto con todas las p\u00e1ginas pegadas, y en los MXenes como la p\u00e1gina que uno quiere extraer\u00bb, explic\u00f3 Brian Wyatt, becario Maria Goeppert-Mayer en el Laboratorio Nacional Argonne.<\/p>\n
\u00ab"Hay que disolver el pegamento y retirar la p\u00e1gina con cuidado. El pegamento y las p\u00e1ginas tienen entornos qu\u00edmicos diferentes, por lo que los \u00e1tomos prefieren estar cerca de ciertas capas", a\u00f1adi\u00f3.<\/p>\n
En un estudio publicado en la revista Science, cient\u00edficos del Laboratorio Nacional Argonne crearon 40 fases MAX diferentes, cada una de las cuales conten\u00eda al menos dos metales, y en algunos casos hasta nueve, en una sola estructura.<\/p>\n
Este logro pr\u00e1cticamente duplic\u00f3 el espacio qu\u00edmico conocido que se puede utilizar para crear MXenes.<\/p>\n
Los investigadores han descubierto que el orden at\u00f3mico se mantiene cuando un material contiene hasta seis metales diferentes. Sin embargo, al a\u00f1adir siete o m\u00e1s metales, esta estructura se altera y los \u00e1tomos se desordenan por completo.<\/p>\n
\u00ab"Aqu\u00ed es donde entra en juego la entrop\u00eda, la tendencia natural hacia el desorden", dijo Wyatt. "La naturaleza favorece cierto orden, pero en cuanto a\u00f1adimos suficientes ingredientes diferentes, a los \u00e1tomos les resulta demasiado dif\u00edcil mantenerse organizados", a\u00f1adi\u00f3.<\/p>\n
Mediante espectrometr\u00eda de masas de iones secundarios (SIMS), el equipo midi\u00f3 la estructura del material capa por capa para determinar la ubicaci\u00f3n de los diferentes \u00e1tomos.<\/p>\n
\u00abNos gusta decir que son como materiales de dise\u00f1o\u00bb, dijo Wyatt. \u00abSi necesito algo espec\u00edfico, uso estas composiciones; si necesito algo diferente, uso otras. Hay tanta gente en el grupo que podemos dise\u00f1ar en funci\u00f3n de nuestras necesidades\u00bb.<\/p>\n
Una aplicaci\u00f3n prometedora es el blindaje contra interferencias electromagn\u00e9ticas, donde los MXenes pueden bloquear se\u00f1ales no deseadas incluso en recubrimientos de nan\u00f3metros de espesor.<\/p>\n
Los investigadores tambi\u00e9n las est\u00e1n estudiando en el contexto de la cat\u00e1lisis, donde sus superficies bidimensionales abiertas podr\u00edan reducir la necesidad de materiales costosos como el platino.<\/p>\n
\u00ab"La capacidad de ajustar las propiedades de los MXenes es clave para la cat\u00e1lisis", dijo Muhoza.<\/p>\n
\u00ab"En ocasiones, se necesitan metales espec\u00edficos como sitios activos, pero solo una peque\u00f1a regi\u00f3n del material base est\u00e1 activa. Los MXenes permiten colocar estos metales en una estructura bidimensional, de modo que todos queden expuestos", a\u00f1adi\u00f3.<\/p>\n
El siguiente reto consiste en escalar estos materiales para su producci\u00f3n y aplicaciones industriales. La inteligencia artificial y el aprendizaje autom\u00e1tico pueden ayudar a los investigadores a determinar qu\u00e9 combinaciones de elementos son las m\u00e1s viables para realizar pruebas.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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