Por que Mxenos são investimento melhor que o grafeno

Redação do Site Inovação Tecnológica - 26/08/2021

Algumas das aplicações dos MXenos já em estágio avançado de pesquisa.
[Imagem: VahidMohammadi et al. - 10.1126/science.abf1581]

Materiais 2D metálicos

Materiais que podem ser "descamados" em uma seção transversal com uma única camada de átomos - ou algumas poucas - possuem propriedades incomuns devido à sua espessura.

Essas propriedades - que podem ser alta condutividade elétrica, alta resistência ou capacidade de resistir ao calor - dão a esses materiais ultrafinos, ou 2D, um grande potencial para uso em tecnologias futuras.

O mais conhecido desses materiais ultrafinos, ou bidimensionais, é o grafeno, e a busca por outros materiais bidimensionais aumentou muito desde sua descoberta e a constatação das propriedades que ele apresenta.

O grafeno e muitos outros materiais bidimensionais são semicondutores, semimetais ou isolantes polarizados.

Faltava então um condutor metálico bidimensional, o que era um obstáculo ao desenvolvimento de componentes eletrônicos baseados exclusivamente em materiais monoatômicos.

Na última década, então, foi descoberta uma nova família de materiais ultrafinos, que recebeu o nome de MXenos, formados por um metal em combinação com átomos de carbono ou nitrogênio.

Uma equipe de especialistas na área fez agora uma revisão do estágio atual das pesquisas no campo. No artigo, publicado pela revista Science, o grupo mostra que essa família menos conhecida de materiais monoatômicos pode ser a mais promissora de todas.

Estrutura dos MXenos.
[Imagem: VahidMohammadi et al. - 10.1126/science.abf1581]

Mxenos

Os MXenos, ou materiais de fase MAX, devem seu nome à combinação de "M", que representa o átomo metálico, normalmente titânio ou molibdênio, "X" representando carbono ou nitrogênio, enquanto o sufixo "eno" descreve os materiais com estrutura monoatômica, ou 2D.

Mais do que concorrentes, eles complementam os outros materiais ultrafinos na medida em que são condutores metálicos, o que abriu as portas para aplicações completamente novas na escala nanométrica.

"Existem muitas aplicações concebíveis. As duas que estão mais próximas da realização são o armazenamento eficiente de energia, na forma de baterias e supercapacitores, e a blindagem contra interferências eletromagnéticas. Mas, a longo prazo, seremos capazes de fabricar filtros para purificação de ar e água, antenas para a próxima geração de comunicação e muitas outras aplicações que ainda não pensamos," garante a pesquisadora Johanna Rosén, da Universidade Linköping, na Suécia, uma das autoras da análise.

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Ao contrário de outros materiais bidimensionais, os MXenos são adequados para aplicações biomédicas.
[Imagem: VahidMohammadi et al. - 10.1126/science.abf1581]

Aplicações em saúde

Outra característica revolucionária dessa nova família de nanomateriais é que muitos MXenos são biocompatíveis (compatíveis com tecidos vivos), atóxicos e ecológicos, o que os colocou rapidamente no centro de estudos visando aplicações em biomedicina.

Os MXenos também têm maior resistência à incrustação biológica e ao acúmulo de microrganismos e bactérias - em comparação com o grafeno - o que os tornou matéria-prima para o desenvolvimento de membranas de filtração e dessalinização e como dispositivos implantáveis.

Uma dessas aplicações é a criação de rins artificiais, o que tornaria o tratamento de diálise (ou outros tratamentos onde as máquinas de diálise não estão disponíveis) desnecessários.

Ilustrações de aplicações em eletrônica e fotônica.
[Imagem: VahidMohammadi et al. - 10.1126/science.abf1581]

Dezenas de Mxenos

O primeiro MXeno a ser descoberto foi o carbeto de titânio (Ti₃C₂).

Agora, dez anos depois, já se conhecem aproximadamente 50 MXenos diferentes. E os métodos simples usados para produzi-los significam que as combinações disponíveis são quase infinitas, ainda que nem todas sejam estáveis o suficiente para aplicações práticas.

Mesmo hoje, já há deles em número suficiente para se esperar que, a longo prazo, teremos milhares de MXenos disponíveis, cada um com diferentes propriedades personalizadas ou ajustáveis, o que torna este um campo muito mais versátil do que as pesquisas que se centram apenas no grafeno.

"Os MXenos foram descobertos há apenas dez anos e o campo de pesquisa para estudá-los cresceu extremamente rápido. Aproximadamente 6.600 artigos científicos são publicados a cada ano. Mas ainda há muitas propriedades e aplicações que ainda precisam ser descobertas e que podem resolver muitas desafios contemporâneos, tanto na tecnologia quanto na medicina," disse Rosén.

O processo de fabricação dos MXenos é simples, baseado em solução.
[Imagem: VahidMohammadi et al. - 10.1126/science.abf1581]

Estruturas híbridas

É claro que não se trata de investir em MXenos e deixar o grafeno de lado ou qualquer outro material bidimensional, salienta a equipe - é bom não esquecer que a família das perovskitas pode estar até um passo à frente dos MXenos em termos de aplicações práticas.

"É importante mencionar que os MXenos complementam as propriedades de outros materiais 2D e podem ser vistos como blocos de construção que adicionam propriedades metalicamente condutoras, plasmônicas, eletroquímicas ou catalíticas a materiais e estruturas híbridas, quando combinados com grafeno, nitreto de boro, dicalcogenetos, e outros materiais 2D.

"Isso abre um caminho para a construção de materiais e dispositivos híbridos e de heteroestruturas com propriedades programadas usando manufatura aditiva e automontagem a partir de soluções," concluiu a equipe.

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