L’Università Tecnica di Vienna ha trovato un nuovo metodo non tossico per sintetizzare i nanomateriali MXeni, utilizzati come lubrificanti ad alte prestazioni o nella tecnologia delle batterie.
La TU Vienna ha trovato una tecnica per sintetizzare i nanomateriali MXeni, una classe di materiali costituiti principalmente da titanio e carbonio e usati per la schermatura elettromagnetica, per l’accumulo di energia, per nuovi sensori o come come lubrificanti solidi, persino nelle condizioni più difficili, ad esempio nella tecnologia spaziale.
I materiali MXeni hanno proprietà notevoli, ma finora la loro produzione era considerata estremamente pericolosa e tossica. I ricercatori dell’Università Tecnica di Vienna sviluppato un nuovo metodo: al posto di un acido tossico, usano l’elettricità. Il nuovo metodo di sintesi è stato pubblicato sulla rinomata rivista “Small”.
Niente più acido fluoridrico tossico
“Per produrre MXeni, servono innanzitutto le cosiddette fasi MAX. Si tratta di materiali che possono essere costituiti, ad esempio, da strati di alluminio, titanio e carbonio. Finora, l’acido fluoridrico veniva utilizzato per rimuovere l’alluminio dai MAX, creando un sistema di strati atomicamente sottili che possono scorrere l’uno contro l’altro con pochissima resistenza. Questo rende questi MXeni un ottimo lubrificante” spiega Pierluigi Bilotto dell’unità di ricerca di Tribologia presso l’Istituto di Progettazione e Sviluppo di Prodotto della TU Wien.
Ma gestire l’acido fluoridrico non è un compito facile. È tossico e dannoso per l’ambiente, ed esistono normative severe su come gestire questa sostanza chimica. Sono necessarie attrezzature di laboratorio speciali e costose e si ottengono prodotti di scarto che devono essere smaltiti in modo costoso. “Ecco perché gli MXeni non hanno ancora fatto una svolta importante nell’industria. È difficile sviluppare un processo del genere su scala industriale e molte aziende, comprensibilmente, evitano di intraprendere questo passo” continua il ricercatore.
Così gli scienziati si sono messi alla ricerca di un metodo migliore, insieme al Prof. Carsten Gachot e al Prof. Markus Valtiner della TU Wien, al Dr. Markus Ostermann del CEST di Wiener Neustadt, a Marko Pjlievic dell’AC2T e ad altri.
Si usa l’ettrochimica
Nella ricerca sui nanomateriali, gli scienziati hanno individuato come nuovo metodo di sintesi l’elettrochimica che offre un percorso alternativo per rompere i legami dell’alluminio nella fase MAX. Quando viene applicata una tensione elettrica, la fase MAX subisce una corrente elettrica che innesca reazioni alle sue interfacce. Selezionando con precisione la tensione, siamo in grado di regolare le reazioni in modo che vengano rimossi solo gli atomi di alluminio, lasciando come prodotto MXeni elettrochimici (EC-MXeni).
Il team di ricerca ha scoperto che è possibile utilizzare una tecnica elettrochimica molto specifica per migliorare l’incisione elettrochimica e la qualità complessiva degli EC-MXeni: impulsi di corrente ben dosati. Mentre la reattività della superficie spesso diminuisce rapidamente con altri metodi, brevi impulsi di corrente causano la formazione di piccole bolle di idrogeno sui materiali della fase MAX, pulendo e riattivando la superficie. Ciò consente di sostenere la reazione elettrochimica per periodi di tempo più lunghi e di produrre una grande quantità di EC-MXeni.
Il prodotto ottenuto è stato quindi analizzato con tecniche avanzate come la microscopia a forza atomica, la microscopia elettronica a scansione e trasmissione, la spettroscopia fotoelettronica Raman e a raggi X e la diffusione ionica a bassa energia. Le sue proprietà sono almeno pari a quelle degli MXeni precedentemente prodotti con acido fluoridrico. “Il mio obiettivo è rendere la sintesi degli MXeni estremamente semplice. Dovrebbe essere possibile in qualsiasi cucina. E ci siamo molto vicini” afferma Bilotto.
