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Thursday, September 16, 2021

Por que Mxenos são investimento melhor que o grafeno

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Nanotecnologia

Redação do Site Inovação Tecnológica – 26/08/2021

Algumas das aplicaes dos MXenos j em estgio avanado de pesquisa.
[Imagem: VahidMohammadi et al. – 10.1126/science.abf1581]

Materiais 2D metlicos

Materiais que podem ser “descamados” em uma seo transversal com uma nica camada de tomos – ou algumas poucas – possuem propriedades incomuns devido sua espessura.

Essas propriedades – que podem ser alta condutividade eltrica, alta resistncia ou capacidade de resistir ao calor – do a esses materiais ultrafinos, ou 2D, um grande potencial para uso em tecnologias futuras.

O mais conhecido desses materiais ultrafinos, ou bidimensionais, o grafeno, e a busca por outros materiais bidimensionais aumentou muito desde sua descoberta e a constatao das propriedades que ele apresenta.

O grafeno e muitos outros materiais bidimensionais so semicondutores, semimetais ou isolantes polarizados.

Faltava ento um condutor metlico bidimensional, o que era um obstculo ao desenvolvimento de componentes eletrnicos baseados exclusivamente em materiais monoatmicos.

Na ltima dcada, ento, foi descoberta uma nova famlia de materiais ultrafinos, que recebeu o nome de MXenos, formados por um metal em combinao com tomos de carbono ou nitrognio.

Uma equipe de especialistas na rea fez agora uma reviso do estgio atual das pesquisas no campo. No artigo, publicado pela revista Science, o grupo mostra que essa famlia menos conhecida de materiais monoatmicos pode ser a mais promissora de todas.

Por que Mxenos s

Estrutura dos MXenos.
[Imagem: VahidMohammadi et al. – 10.1126/science.abf1581]

Mxenos

Os MXenos, ou materiais de fase MAX, devem seu nome combinao de “M”, que representa o tomo metlico, normalmente titnio ou molibdnio, “X” representando carbono ou nitrognio, enquanto o sufixo “eno” descreve os materiais com estrutura monoatmica, ou 2D.

Mais do que concorrentes, eles complementam os outros materiais ultrafinos na medida em que so condutores metlicos, o que abriu as portas para aplicaes completamente novas na escala nanomtrica.

“Existem muitas aplicaes concebveis. As duas que esto mais prximas da realizao so o armazenamento eficiente de energia, na forma de baterias e supercapacitores, e a blindagem contra interferncias eletromagnticas. Mas, a longo prazo, seremos capazes de fabricar filtros para purificao de ar e gua, antenas para a prxima gerao de comunicao e muitas outras aplicaes que ainda no pensamos,” garante a pesquisadora Johanna Rosn, da Universidade Linkping, na Sucia, uma das autoras da anlise.

Por que Mxenos s

Ao contrrio de outros materiais bidimensionais, os MXenos so adequados para aplicaes biomdicas.
[Imagem: VahidMohammadi et al. – 10.1126/science.abf1581]

Aplicaes em sade

Outra caracterstica revolucionria dessa nova famlia de nanomateriais que muitos MXenos so biocompatveis (compatveis com tecidos vivos), atxicos e ecolgicos, o que os colocou rapidamente no centro de estudos visando aplicaes em biomedicina.

Os MXenos tambm tm maior resistncia incrustao biolgica e ao acmulo de microrganismos e bactrias – em comparao com o grafeno – o que os tornou matria-prima para o desenvolvimento de membranas de filtrao e dessalinizao e como dispositivos implantveis.

Uma dessas aplicaes a criao de rins artificiais, o que tornaria o tratamento de dilise (ou outros tratamentos onde as mquinas de dilise no esto disponveis) desnecessrios.

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Ilustraes de aplicaes em eletrnica e fotnica.
[Imagem: VahidMohammadi et al. – 10.1126/science.abf1581]

Dezenas de Mxenos

O primeiro MXeno a ser descoberto foi o carbeto de titnio (Ti3C2).

Agora, dez anos depois, j se conhecem aproximadamente 50 MXenos diferentes. E os mtodos simples usados para produzi-los significam que as combinaes disponveis so quase infinitas, ainda que nem todas sejam estveis o suficiente para aplicaes prticas.

Mesmo hoje, j h deles em nmero suficiente para se esperar que, a longo prazo, teremos milhares de MXenos disponveis, cada um com diferentes propriedades personalizadas ou ajustveis, o que torna este um campo muito mais verstil do que as pesquisas que se centram apenas no grafeno.

“Os MXenos foram descobertos h apenas dez anos e o campo de pesquisa para estud-los cresceu extremamente rpido. Aproximadamente 6.600 artigos cientficos so publicados a cada ano. Mas ainda h muitas propriedades e aplicaes que ainda precisam ser descobertas e que podem resolver muitas desafios contemporneos, tanto na tecnologia quanto na medicina,” disse Rosn.

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O processo de fabricao dos MXenos simples, baseado em soluo.
[Imagem: VahidMohammadi et al. – 10.1126/science.abf1581]

Estruturas hbridas

claro que no se trata de investir em MXenos e deixar o grafeno de lado ou qualquer outro material bidimensional, salienta a equipe – bom no esquecer que a famlia das perovskitas pode estar at um passo frente dos MXenos em termos de aplicaes prticas.

” importante mencionar que os MXenos complementam as propriedades de outros materiais 2D e podem ser vistos como blocos de construo que adicionam propriedades metalicamente condutoras, plasmnicas, eletroqumicas ou catalticas a materiais e estruturas hbridas, quando combinados com grafeno, nitreto de boro, dicalcogenetos, e outros materiais 2D.

“Isso abre um caminho para a construo de materiais e dispositivos hbridos e de heteroestruturas com propriedades programadas usando manufatura aditiva e automontagem a partir de solues,” concluiu a equipe.

Bibliografia:

Artigo: The world of two-dimensional carbides and nitrides (MXenes)
Autores: Armin VahidMohammadi, Johanna Rosen, Yury Gogotsi
Revista: Science
Vol.: 372, Issue 6547, eabf1581
DOI: 10.1126/science.abf1581

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