Novo método de síntese não tóxico para o "material milagroso" MXene
Acabou-se o ácido fluorídrico tóxico
O nanomaterial MXene é utilizado na tecnologia de baterias ou como lubrificante de alto desempenho. Até agora, a sua produção era difícil e tóxica. Foram desenvolvidos novos métodos na TU Wien.
Trata-se de uma das tendências mais significativas na ciência dos materiais: os materiais constituídos apenas por uma única camada de átomos, os chamados "materiais 2D", apresentam frequentemente propriedades completamente diferentes das de camadas mais espessas constituídas pelos mesmos átomos. Este campo de investigação começou com o grafeno, material galardoado com o Prémio Nobel. Atualmente, a TU Wien (Viena), em conjunto com as empresas CEST e AC2T, está a investigar a classe de materiais MXenes (pronuncia-se Maxenes), que consistem principalmente em titânio e carbono.
Estes MXenes têm propriedades que parecem quase milagrosas: podem ser utilizados para blindagem electromagnética, para armazenamento de energia ou para novos sensores. Na TU Wien, descobriu-se que também são incrivelmente adequados como lubrificantes sólidos, mesmo sob as condições mais adversas, por exemplo, na tecnologia espacial. O único problema até agora era o facto de a produção destes MXenes ser considerada extremamente perigosa e tóxica. Mas agora foi desenvolvido um novo método: em vez de um ácido tóxico, é utilizada eletricidade. O novo método de síntese foi agora publicado na revista "Small".
Acabou-se o ácido fluorídrico tóxico
"Para produzir MXenes, são necessárias as chamadas fases MAX. São materiais que podem consistir, por exemplo, em camadas de alumínio, titânio e carbono", explica Pierluigi Bilotto da unidade de investigação de Tribologia no Instituto de Design de Engenharia e Desenvolvimento de Produtos da TU Wien. "Até agora, o ácido fluorídrico era utilizado para gravar o alumínio no MAX, o que resultava num sistema de camadas atomicamente finas que podem deslizar umas contra as outras com muito pouca resistência. Isto faz destes MXenes um ótimo lubrificante".
Mas manusear o ácido fluorídrico não é tarefa fácil. É tóxico e prejudicial para o ambiente, e existem regulamentos rigorosos sobre a forma de lidar com este produto químico. É necessário equipamento de laboratório especial e dispendioso para o efeito, e obtêm-se resíduos que têm de ser eliminados de forma dispendiosa. "É por isso que os MXénios ainda não fizeram um grande avanço na indústria", diz Pierluigi Bilotto. "É difícil construir um processo deste tipo à escala industrial e, compreensivelmente, muitas empresas evitam dar este passo."
Por isso, Pierluigi Bilotto decidiu encontrar um método melhor - juntamente com o Prof. Carsten Gachot e o Prof. Markus Valtiner da TU Wien, o Dr. Markus Ostermann do CEST em Wiener Neustadt, Marko Pjlievic da AC2T e outros.
Eletroquímica
"A eletroquímica oferece uma via alternativa para quebrar as ligações de alumínio na fase MAX", diz Pierluigi Bilotto. "Quando é aplicada uma tensão eléctrica, a fase MAX sofre uma corrente eléctrica que inicia reacções nas suas interfaces. Selecionando com precisão a voltagem, conseguimos ajustar as reacções de forma a que apenas os átomos de alumínio sejam removidos, deixando como produto MXenes electroquímicos (EC-MXenes).
A equipa descobriu que uma técnica eletroquímica muito específica pode ser utilizada para melhorar o ataque eletroquímico e a qualidade geral do EC-MXene: impulsos de corrente bem doseados. Enquanto a reatividade da superfície diminui rapidamente com outros métodos, os impulsos curtos de corrente provocam a formação de pequenas bolhas de hidrogénio nos materiais da fase MAX, limpando e reactivando a superfície. Isto permite que a reação eletroquímica seja mantida durante períodos de tempo mais longos e que seja produzida uma grande quantidade de EC-MXenes.
O produto obtido foi depois analisado com técnicas avançadas, como a microscopia de força atómica, a microscopia eletrónica de varrimento e de transmissão, a espetroscopia Raman e de fotoelectrões de raios X e a dispersão de iões de baixa energia. As suas propriedades são pelo menos tão boas como as dos MXenes produzidos anteriormente com ácido fluorídrico. "O meu objetivo é tornar a síntese do MXene extremamente simples. Deveria ser possível em qualquer cozinha", diz Pierluigi Bilotto. "E estamos muito perto disso".
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