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Desde 2011 hasta ahora: ¿Cómo es que los MXenes se convirtieron rápidamente en estrellas de la ciencia de materiales?
En el campo de la ciencia de materiales, los MXenes son sin duda uno de los materiales emergentes más llamativos de los últimos años. Desde que los científicos de la Universidad de Drexel informaron por primera vez en 2011, los MXenes han atraído rápidamente la atención de investigadores de todo el mundo por su estructura y propiedades únicas. Estos compuestos bidimensionales derivados de metales de transición se utilizan ampliamente en muchos campos, como el almacenamiento de energía, la catálisis y la electrónica, debido a su excelente conductividad eléctrica, excelentes propiedades mecánicas y diversas químicas superficiales.
Es sorprendente que materiales como MXenes hayan pasado de ser logros de investigación científica a materiales estrella con perspectivas de aplicación ilimitadas en tan solo diez años.
Estructura y síntesis de MXenes
Los MXenos están compuestos de carburos, nitruros o carbonitruros de metales de transición y generalmente aparecen en una estructura en capas. Los MXenos se nombran en forma de Mn+1XnTx, donde M representa el elemento metálico, X representa carbono o nitrógeno y T representa el grupo de terminación superficial. Esta estructura permite que MXenes exhiba buena conductividad eléctrica y resistencia mecánica.
Los MXenes se sintetizan principalmente mediante grabado selectivo. Esta tecnología de síntesis no solo es escalable sino que también mantiene las propiedades del material. En este proceso, los científicos utilizan soluciones de grabado fuertes que contienen flúor, como ácido fluorhídrico o cloruro de litio, para eliminar los elementos de la capa A media y extraer MXenes. Recientemente, las demandas en diferentes campos como el tratamiento de aguas sucias y la biomedicina han seguido estimulando la evolución de los métodos de síntesis de MXenes.
Propiedades de los MXenes
Una de las características más importantes de los MXenes es su alta densidad electrónica y sus propiedades de metalización, que los hacen excelentes en una variedad de aplicaciones. Las investigaciones muestran que los MXenes pueden adsorber y almacenar iones de manera efectiva, mostrando especialmente un rendimiento excelente en baterías de iones de litio y baterías de iones de sodio. Por ejemplo, Ti3C2 MXene es significativamente más eficiente que los materiales tradicionales en la eliminación de iones y permanece estable en diferentes entornos.
La investigación muestra que Ti3C2 MXene exhibe hasta 100 veces la capacidad de adsorción de iones en un dispositivo de desionización de electrodo de flujo, lo que demuestra su potencial para controlar la contaminación del agua.
Aplicaciones potenciales y perspectivas de futuro
Los MXenes tienen una amplia gama de aplicaciones potenciales, incluidas baterías, supercondensadores, fotocatálisis, sensores de gas y biomedicina. Especialmente cuando se trata de almacenamiento de energía eléctrica, los MXenes superan a muchos materiales tradicionales. Los investigadores están explorando el uso de MXenes en dispositivos electrónicos avanzados y sistemas energéticos. Estas aplicaciones no se limitan a las baterías. Su alta conductividad y sus propiedades sintonizables hacen que también tengan buenas perspectivas en los campos de la electrónica y la optoelectrónica.
Con una comprensión más profunda de las vías de síntesis y aplicación de MXenes, es probable que las investigaciones futuras abran áreas de aplicación más innovadoras, cambiando así nuestros estilos de vida.
Conclusión
Desde 2011, el rápido aumento de MXenes ha atraído una atención generalizada por parte de la academia y la industria. La continua evolución y exploración de aplicaciones de este material presagia innumerables oportunidades en el futuro. Con el avance continuo de la tecnología, ¿puede MXenes finalmente superar las limitaciones de los materiales existentes y convertirse en el material central de la nueva era de la ciencia y la tecnología en el futuro?
