Nuevo método de síntesis no tóxico del "material milagroso" MXeno
Se acabó el ácido fluorhídrico tóxico
El nanomaterial MXeno se utiliza para la tecnología de baterías o como lubricante de alto rendimiento. Hasta ahora, su producción era difícil y tóxica. En la TU Wien se han desarrollado nuevos métodos.
Se trata de una de las tendencias más significativas de la ciencia de materiales: los materiales que constan de una sola capa de átomos, los llamados "materiales 2D", muestran a menudo propiedades completamente distintas a las de capas más gruesas formadas por los mismos átomos. Este campo de investigación comenzó con el grafeno, material ganador del Premio Nobel. Ahora, la TU Wien (Viena), junto con las empresas CEST y AC2T, investiga la clase de material de los MXenos (pronúnciese Maxenes), compuestos principalmente de titanio y carbono.
Estos MXenos tienen propiedades que suenan casi milagrosas: pueden utilizarse para blindaje electromagnético, para almacenamiento de energía o para novedosos sensores. En la TU Wien se descubrió que también son sorprendentemente adecuados como lubricantes sólidos, incluso en las condiciones más duras, por ejemplo en tecnología espacial. Hasta ahora, el único problema era que la producción de estos MXenos se consideraba extremadamente peligrosa y tóxica. Pero ahora se ha desarrollado un nuevo método: en lugar de un ácido tóxico, se utiliza electricidad. El nuevo método de síntesis se ha publicado ahora en la revista "Small".
Se acabó el ácido fluorhídrico tóxico
"Para producir MXenos, primero se necesitan las llamadas fases MAX. Se trata de materiales que pueden consistir, por ejemplo, en capas de aluminio, titanio y carbono", explica Pierluigi Bilotto, de la Unidad de Investigación de Tribología del Instituto de Diseño de Ingeniería y Desarrollo de Productos de la Universidad Técnica de Viena. "Hasta ahora, se utilizaba ácido fluorhídrico para eliminar el aluminio del MAX, lo que daba lugar a un sistema de capas atómicamente finas que podían deslizarse unas contra otras con muy poca resistencia. Esto hace que estos MXenos sean un gran lubricante".
Pero manipular ácido fluorhídrico no es tarea fácil. Es tóxico y nocivo para el medio ambiente, y existen normas estrictas sobre cómo manipular este producto químico. Se necesita un equipo de laboratorio especial y caro para ello, y se obtienen residuos que hay que eliminar de forma costosa. "Por eso los MXenos aún no han irrumpido con fuerza en la industria", afirma Pierluigi Bilotto. "Es difícil construir un proceso de este tipo a escala industrial, y muchas empresas, comprensiblemente, rehúyen dar este paso".
Así que Pierluigi Bilotto se propuso encontrar un método mejor, junto con los profesores Carsten Gachot y Markus Valtiner de la Universidad Técnica de Viena, el Dr. Markus Ostermann del CEST de Wiener Neustadt, Marko Pjlievic del AC2T y otros.
Electroquímica
"La electroquímica ofrece una vía alternativa para romper los enlaces del aluminio en la fase MAX", explica Pierluigi Bilotto. "Cuando se aplica una tensión eléctrica, la fase MAX experimenta una corriente eléctrica que inicia reacciones en sus interfaces. Seleccionando con precisión el voltaje, podemos sintonizar las reacciones de forma que sólo se eliminen los átomos de aluminio, dejando como producto MXenos electroquímicos (EC-MXenos)".
El equipo descubrió que se puede utilizar una técnica electroquímica muy específica para mejorar el grabado electroquímico y la calidad general de los EC-MXenos: pulsos de corriente bien dosificados. Mientras que la reactividad de la superficie suele disminuir rápidamente con otros métodos, los pulsos cortos de corriente hacen que se formen pequeñas burbujas de hidrógeno en los materiales de fase MAX, limpiando y reactivando la superficie. Esto permite mantener la reacción electroquímica durante más tiempo y producir una gran cantidad de EC-MXenos.
A continuación, el producto obtenido se analizó con técnicas avanzadas como la microscopía de fuerza atómica, la microscopía electrónica de barrido y transmisión, la espectroscopia Raman y de fotoelectrones de rayos X, y la dispersión de iones de baja energía. Sus propiedades son al menos tan buenas como las de los MXenos producidos anteriormente con ácido fluorhídrico. "Mi objetivo es que la síntesis del MXeno sea extremadamente sencilla. Debería ser posible en cualquier cocina", afirma Pierluigi Bilotto. "Y estamos muy cerca de conseguirlo".
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