Des chercheurs de l'Institut supérieur coréen des sciences et technologies ont développé une méthode pour prédire la distribution moléculaire du nanomatériau MXène en utilisant ses propriétés de magnétorésistance, ouvrant la voie à un contrôle qualité simplifié et à une production de masse. Cette étude met également en évidence les diverses applications du MXène basées sur les coefficients de diffusion Hall. Les chercheurs ont développé un modèle analytique utilisant les propriétés de transport magnétique des molécules attachées à la surface du MXène. La mise en place d’un système de prévision et de classification des performances devrait être utile pour produire des MXènes de qualité uniforme.
Développé en 2011, MXene est un nanomatériau bidimensionnel comportant une alternance de couches de métal et de carbone. Il a une conductivité élevée et peut être combiné avec divers composés métalliques. C'est un matériau qui peut être utilisé dans diverses industries telles que les semi-conducteurs, les équipements électroniques et les capteurs.
Pour utiliser correctement le MXène, il faut comprendre le type et le nombre de molécules recouvrant sa surface. Si les molécules recouvrant la surface sont du fluor, la conductivité sera réduite et l'efficacité du blindage contre les ondes électromagnétiques sera également réduite. Cependant, comme le MXène n'a qu'un nanomètre (nanomètre - un milliardième de mètre) d'épaisseur, il faudrait plusieurs jours pour analyser les molécules à la surface, même avec un microscope électronique haute performance, ce qui rendait jusqu'à présent impossible une production de masse.
Progrès révolutionnaire dans l’analyse des surfaces MXene
Une équipe de recherche dirigée par Seung-Cheol Lee, directeur du Centre indo-coréen pour la science et la technologie (IKST) à l'Institut avancé des sciences et technologies de Corée, a développé une méthode pour prédire la distribution des molécules de surface en utilisant les propriétés de magnétorésistance du MXène. Grâce à cette méthode, la distribution moléculaire du MXène peut être mesurée au moyen de mesures simples, permettant un contrôle de qualité pendant le processus de production, ce qui devrait ouvrir la voie à une production à grande échelle jusqu'à présent irréalisable.
L'équipe a développé un programme pour prédire les propriétés des matériaux bidimensionnels, basé sur l'idée que la conductivité ou le magnétisme change en fonction des molécules attachées à la surface. Par conséquent, ils ont calculé les propriétés de transport magnétique du MXène et analysé avec succès le type et le nombre de molécules adsorbées sur la surface du MXène à pression normale et à température ambiante sans aucun équipement supplémentaire.
Coefficient de diffusion Hall et ses applications
En analysant la surface du MXène à l'aide d'un programme de prédiction de propriétés développé, il a été prédit que le coefficient de diffusion Hall affectant la transmission magnétique changerait de manière significative en fonction du type de molécules présentes sur la surface. Le coefficient de diffusion Hall est une constante physique qui décrit les caractéristiques de transport de charges des matériaux semi-conducteurs. L'équipe de recherche a découvert que même si le même MXène était préparé, la valeur du coefficient de diffusion Hall était de 2,49, le fluor étant le plus élevé, l'oxygène étant de 0,5 et l'hydroxyde étant de 1, analysant ainsi la distribution des molécules.
Le coefficient de diffusion Hall a différentes applications selon sa valeur. Si la valeur est inférieure à 1, elle peut être appliquée aux transistors hautes performances, aux générateurs haute fréquence, aux capteurs à haut rendement et aux photodétecteurs. Si la valeur est supérieure à 1, elle peut être appliquée aux matériaux thermoélectriques et aux capteurs magnétiques. Étant donné que le MXene ne mesure que quelques nanomètres ou moins, la taille des appareils applicables et la puissance requise peuvent être considérablement réduites.
Conclusion et perspectives d'avenir
Seung-Cheol Lee, directeur de l'IKST, a déclaré : « Contrairement aux études précédentes axées sur la production et les propriétés du MXène pur, l'importance de cette étude est qu'elle fournit une nouvelle méthode d'analyse moléculaire de surface qui peut facilement classifier les MXènes manufacturés. En combinant ce résultat avec des études expérimentales, nous espérons pouvoir contrôler le processus de production du MXène pour une production à grande échelle de MXènes avec une qualité uniforme.