Các nhà khoa học tại Đại học Drexel đã phát hiện ra một cách để làm chậm quá trình oxy hóa vật liệu MXene, siêu vật liệu mới nhất đang được mong chờ, khi chúng tiếp xúc với nước. MXen có thể lưu trữ điện tốt hơn hầu hết mọi vật liệu, ngăn chặn nhiễu điện từ và phát hiện ra dấu vết độc tố mờ nhạt nhất trong không khí. Nhưng những điều này có vấn đề trong nước.

Hình ảnh: Đại học Drexel

MXenes oxy hóa khi được lưu trữ hoặc trộn trong nước. Điều này rất quan trọng vì một số ứng dụng hứa hẹn nhất đòi hỏi phải kết hợp các tấm MXene trong nước để tạo ra những thứ như mức dẫn điện và sơn phun.

Một bước đột phá được các nhà nghiên cứu của Đại học Drexel công bố gần đây trên một tạp chí hóa học của Đức, đã chỉ ra rằng một chất phụ gia làm mềm nước phổ biến có thể giúp bảo quản tấm MXenes trong nước. Thêm muối polysulfate vào các cạnh của tấm MXene ngăn oxy gắn vào để thực hiện quá trình oxy hóa.

Tính dẫn điện tốt của Mxene và dung lượng tụ lớn làm cho chúng trở thành một vật liệu rất hấp dẫn để dệt vải nền có các mạch điện tử có thể mặc được như hàng may

mặc hàng ngày.

Những vật liệu mỏng cỡ nguyên tử này được phát hiện tại Drexel năm 2011, một phần nhờ vào khả năng đặc biệt của chúng, một phần là do tính chất hóa học bề mặt và cấu trúc vật lý của chúng. Tuy nhiên, nguồn gốc của các đặc tính độc đáo của MXenes cũng có thể là điểm yếu của chúng khi bị oxy hóa, theo nghiên cứu được công bố bởi một nhóm các nhà nghiên cứu từ Đại học Kỹ thuật Drexel.

Theo Oxun Natu, một nhà nghiên cứu tiến sĩ tại trường đại học và là đồng tác giả của bài báo Cap Edge Capping của tờ 2D, “giới hạn hai chiều của mảnh MXene với muối đa năng để giảm thiểu oxy hóa trong dung dịch keo”, được công bố trên tạp chí Angewandte Chemie. Các loại MXen titan phổ biến nhất, có dấu hiệu oxy hóa khi được lưu trữ trong một tuần hoặc lâu hơn trong nước hay hóa chất khác oxy hóa trong vài ngày.

Sự oxy hóa luôn là một vấn đề không chỉ ăn mòn MXenes gây ra gỉ mà còn thay đổi hóa học bề mặt và hình thái học của chúng, cuối cùng làm giảm hiệu suất của chúng khi thực hiện các nhiệm vụ như truyền và lưu trữ điện.

Một số thành viên của nhóm Giáo sư Michel Barsoum thuộc Khoa Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu phát hiện ra MXenes, tìm hiểu các ứng dụng của nó, đã tìm cách ngăn MXenes bị oxy hóa trong nước qua nhiều năm. Bước đột phá của nó được đưa ra sau khi họ khám phá được quá trình oxy hóa bắt đầu ở các cạnh của tấm MXene.

Nhóm của Barsoum đã cho thấy trong khi các lớp của MXen có điện tích bề mặt âm, các cạnh của tấm thực sự có điện tích dương. Phát hiện này cách đây một vài tháng trước cùng với thực tế được nghiên cứu trong tài liệu về đất sét đã chỉ ra rằng các thực thể âm cực bị thu hút vào các cạnh của các hạt đất sét dẫn đến sự đột phá.

“Khi bạn hòa tan muối polyphosphate trong nước, chúng sẽ phân tách thành chuỗi polyphosphate bị thay đổi âm cực và các thực thể dương cực. Quá trình hút tĩnh điện là phần khung bị hút vào các cạnh MXene mang điện tích dương, bao phủ cạnh tấm Mxene làm dừng hoặc giảm đáng kể quá trình oxy hóa. Một khi các chuỗi này nằm ở các cạnh MXene, chúng ngăn chặn sự tiếp xúc trực tiếp của nước và không khí làm giảm tốc độ oxy hóa ” Natu chia sẻ.

Đồng tác giả Mitra Taheri, giáo sư tại trường đại học, các nhà nghiên cứu sử dụng các kỹ thuật kính hiển vi tiên tiến có sẵn trong phòng thí nghiệm chỉ ra rằng chuỗi polyphosphate bị hút vào các cạnh tích điện dương. Các cạnh của các tấm được phủ bằng một hợp chất trơ che chắn hiệu quả các bộ phận của nguyên liệu không bị tiếp xúc trực tiếp với nước hoặc oxy, làm chậm quá trình oxy hóa.

Tấm MXene trong nghiên cứu được phủ polyphosphate bảo vệ, để trong nước hoặc tiếp xúc với không khí hơn một tháng mà không có dấu hiệu oxy hóa.

“Phát hiện này cuối cùng đã giúp cho việc lưu trữ các tấm MXene lâu dài, có thể giúp việc xử lý tấm MXene ở quy mô công nghiệp trở nên khả thi” theo Bars Barsoum. Trước khi chúng tôi phát hiện ra, các phương pháp phổ biến nhất được đề xuất là sấy khô MXen và bảo quản chúng trong chân không, lưu trữ trong khí quyển Argon, sử dụng dung môi hữu cơ để tạo ra chất keo MXene hoặc lưu trữ dưới dạng nitơ lỏng. Nhưng tất cả các phương pháp này không hiệu quả về chi phí, hiệu quả năng lượng hoặc khả năng mở rộng. Làm polyphosphate bổ sung là phương pháp tốt nhất để ngăn chặn quá trình oxy hóa cho đến nay.

Nhóm của Barsoum đã thử nghiệm lý thuyết của mình với ba loại muối khác nhau trên hai chế phẩm MXene khác nhau, cho thấy rằng một loạt các phân tử có thể được sử dụng một cách hiệu quả để tạo ra các tấm. Trong khi các nhà nghiên cứu của Drexel đã khám phá khả năng sử dụng MXenes cho các ứng dụng trong công nghệ di động, lưu trữ năng lượng, truyền thông không dây, lọc nước và chăm sóc sức khỏe, công việc này có thể dẫn đến những tiến bộ trong kỹ thuật bề mặt và cạnh của MXenes để tối ưu hóa chúng cho một số công việc khác. Nhóm nghiên cứu cũng đang xem xét các phương pháp tương tự để bảo quản MXene ở dạng khô, điều này cũng sẽ mở rộng khả năng sử dụng của chúng.

Người dịch: Nguyễn Thị Lan Hương

Nghiên cứu được hỗ trợ bởi Quỹ khoa học quốc gia. (SV)

Bàn tin tức Fibre2F Fashion – Ấn Độ