Pesquisadores do Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia desenvolveram um método para prever a distribuição molecular do nanomaterial MXene usando suas propriedades de magnetorresistência, abrindo caminho para um controle de qualidade simplificado e produção em massa. Este estudo também destaca as diversas aplicações do MXene com base nos coeficientes de espalhamento Hall. Os pesquisadores desenvolveram um modelo analítico usando as propriedades de transporte magnético de moléculas ligadas à superfície do MXene. Espera-se que o estabelecimento de um sistema de previsão e classificação de desempenho seja útil na produção de MXenes de qualidade uniforme.
Desenvolvido em 2011, o MXene é um nanomaterial bidimensional com camadas alternadas de metal e carbono. Possui alta condutividade e pode ser combinado com diversos compostos metálicos. É um material que pode ser utilizado em diversas indústrias, como semicondutores, equipamentos eletrônicos e sensores.
Para utilizar adequadamente o MXene, é necessário compreender o tipo e o número de moléculas que cobrem sua superfície. Se as moléculas que cobrem a superfície forem flúor, a condutividade será reduzida e a eficiência da proteção contra ondas eletromagnéticas também será reduzida. No entanto, como o MXene tem apenas 1 nanômetro (nanômetro – um bilionésimo de metro) de espessura, levaria vários dias para analisar as moléculas na superfície, mesmo com um microscópio eletrônico de alto desempenho, tornando a produção em massa impossível até agora.
Progresso inovador na análise de superfícies MXene
Uma equipe de pesquisa liderada por Seung-Cheol Lee, diretor do Centro Indo-Coreia de Ciência e Tecnologia (IKST) do Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia, desenvolveu um método para prever a distribuição de moléculas de superfície usando as propriedades de magnetorresistência do MXene. Utilizando este método, a distribuição molecular do MXene pode ser medida através de medições simples, permitindo o controle de qualidade durante o processo de produção, o que deverá abrir caminho para uma produção em grande escala até então inatingível.
A equipe desenvolveu um programa para prever as propriedades de materiais bidimensionais com base na ideia de que a condutividade ou o magnetismo mudam dependendo das moléculas ligadas à superfície. Portanto, eles calcularam as propriedades de transporte magnético do MXene e analisaram com sucesso o tipo e o número de moléculas adsorvidas na superfície do MXene à pressão normal e à temperatura ambiente sem qualquer equipamento adicional.
Coeficiente de espalhamento Hall e suas aplicações
Ao analisar a superfície do MXene usando um programa de previsão de propriedades desenvolvido, previu-se que o coeficiente de espalhamento Hall que afeta a transmissão magnética mudaria significativamente dependendo do tipo de moléculas na superfície. O coeficiente de espalhamento Hall é uma constante física que descreve as características de transporte de carga de materiais semicondutores. A equipe de pesquisa descobriu que mesmo que o mesmo MXene fosse preparado, o valor do coeficiente de espalhamento Hall era 2,49, sendo o flúor o mais alto, o oxigênio sendo 0,5 e o hidróxido sendo 1, analisando assim a distribuição das moléculas.
O coeficiente de espalhamento Hall tem diferentes aplicações dependendo do valor. Se o valor for inferior a 1, pode ser aplicado a transistores de alto desempenho, geradores de alta frequência, sensores de alta eficiência e fotodetectores. Se o valor for superior a 1, pode ser aplicado a materiais termoelétricos e sensores magnéticos. Considerando que o MXene tem apenas alguns nanômetros ou menos em tamanho, tanto o tamanho dos dispositivos aplicáveis quanto a potência necessária podem ser significativamente reduzidos.
Conclusão e perspectivas futuras
Seung-Cheol Lee, diretor do IKST, disse: "Ao contrário de estudos anteriores que se concentraram na produção e propriedades de MXene puro, a importância deste estudo é que ele fornece um novo método de análise molecular de superfície que pode classificar facilmente MXenes fabricados. Combinando este resultado com estudos experimentais, esperamos ser capazes de controlar o processo de produção de MXene para produção em larga escala de MXenes com qualidade uniforme. "