Materiali in 2D: MX-eni, usi

I materiali in 2 D sono materiali bidimensionali dello spessore di un atomo che hanno la caratteristica di offrire particolari prestazioni. I fisici Andrej Geim e Konstantin Novoselov vinsero il Premio Nobel per la fisica nel 2010 per la scoperta del grafene. che è il primo tra i materiali in 2D.

Esso ha costituito uno spartiacque che ha aperto nuovi orizzonti nel campo della ricerca.

La comunità scientifica ha infatti immediatamente compreso le potenzialità del nuovo materiale e si è attivata nello studio delle sue applicazioni soprattutto nel campo dell’elettronica. Non mancano continue scoperte per la sua applicazione nel campo delle celle solari, inchiostri high tech per stampare circuiti, possibilità di potabilizzazione dell’acqua di mare.

Il grafene è divenuto inoltre il materiale rappresentativo di una classe di nuovi materiali 2D con proprietà innovative. Esse consentono la fabbricazione di nuovi dispositivi di piccolissime dimensioni e dotati di enormi potenzialità.

Nel 2011 il Prof. Michel Barsoum ingegnere dei materiali e ricercatore presso la Drexel University di Philadelphia e il suo team nell’ambito delle ricerche sugli anodi ad alte prestazioni da utilizzare nelle batterie al litio.

MAX

Essi sfruttarono le loro conoscenze su una classe di composti conduttori ovvero carburi e nitruri noti con l’acronimo di MAX dove M sta per metallo di transizione come niobio, cromo, vanadio e titanio.

A sta per un elemento del  gruppo 13 o del gruppo 14 come alluminio e silicio e X sta per carbonio o azoto per migliorare la capacità degli ioni litio di inserirsi reversibilmente all’anodo durante i processi di carica e scarica.

L’acido fluoridrico ha la funzione di favorire l’inserimento di ioni litio al fine di allontanare in modo selettivo gli atomi di alluminio da Ti3AlC2 e da altri MAX.

Il processo, se da un lato migliora le prestazioni delle batterie, dall’altro è in grado di allontanare totalmente l’alluminio e di ottenere monostrati in 2D. Ad esempio il grafene con formula M3X2 e materiali con formula M2X, e M4X3 come Ti2C, Ta4C3,Ti3CN.

A tale famiglia di materiali è stato dato, in assonanza con il grafene il nome di MX-eni . Ad oggi sono stati preparati circa 30 MX-eni sebbene si ritenga che se ne possano ottenere molti altri.

Il team, che rimane quello più all’avanguardia, ha ideato un metodo per ottenere polimeri compositi MX-ene che sono conduttori di elettricità, forti, flessibili e duraturi.

Sono stati  sintetizzati MX-eni contenenti due metalli di transizione del tipo M’2M”C2 o M’2M”2C3 dove M’ e M’’ sono due metalli di transizione.

Usi

La famiglia degli MX-eni trova numerose applicazioni oltre alle batterie al litio e al sodio.

Sono utilizzabili tra l’altro come:

  • sensori di gas
  • fotocatalizzatori
  • nella purificazione delle acque
  • schermanti delle interferenze elettromagnetiche da utilizzare negli Smart phone e in altre apparecchiature.
  • Sono allo studio le proprietà antibatteriche degli MX-eni che mostrano una maggior efficienza nel diminuire l’attività batterica cellulare rispetto all’ossido di grafene.

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