Di Pesach Benson • 8 ottobre 2025

Gerusalemme, 8 ottobre 2025 (TPS-IL) — Scienziati in Germania e Israele hanno trovato un nuovo modo per studiare alcuni dei materiali più piccoli e promettenti sulla Terra, un progresso che potrebbe aiutare a creare batterie migliori, elettronica flessibile e dispositivi per l’energia pulita.

I materiali, noti come MXene, sono costituiti da fogli spessi solo pochi atomi. Possono condurre elettricità, immagazzinare energia e persino interagire con la luce in modi che potrebbero rendere le tecnologie future più veloci, più piccole e più efficienti. Ma fino ad ora, i ricercatori potevano studiare gli MXene solo in grandi pile di strati sovrapposti. Ciò rendeva difficile capire cosa ogni singolo strato potesse effettivamente fare da solo.

Gli MXene generano entusiasmo da anni a causa del loro potenziale nella tecnologia di prossima generazione, dalle batterie a ricarica ultraveloce e celle solari, agli schermi flessibili e alle membrane per la purificazione dell’acqua. Ma per rendere reali queste idee, gli scienziati devono prima capire esattamente come questi materiali si comportano alle scale più piccole.

Un team di ricerca guidato dal Dr. Andreas Furchner dell’Helmholtz-Zentrum Berlin e dal Dr. Ralfy Kenaz* dell’Università Ebraica di Gerusalemme ha risolto questo problema. Hanno utilizzato un nuovo metodo ottico chiamato micro-ellissometria spettroscopica (SME) per esaminare fiocchi individuali di MXene uno per uno. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista peer-reviewed *ACS Nano*.

La tecnica funziona proiettando luce attentamente controllata su campioni microscopici e misurando come la luce viene riflessa. Da quella riflessione, gli scienziati possono determinare quanto bene il materiale conduce elettricità e come la sua struttura influisce sulle prestazioni. A differenza dei metodi più vecchi, la SME non danneggia il campione e può completare un’analisi completa in meno di un minuto.

“Ciò che è veramente eccezionale in questo lavoro è che in meno di un minuto, possiamo misurare direttamente le proprietà ottiche, strutturali ed elettriche di fiocchi individuali di MXene, il tutto in modo non distruttivo”, ha affermato Kenaz, co-inventore del metodo. “Normalmente, queste misurazioni richiedono tre strumenti diversi e molto più tempo.”

Furchner ha affermato che il nuovo approccio fornisce agli scienziati un quadro chiaro di come si comporta ogni fiocco. “Misurare come i singoli fiocchi di MXene interagiscono con la luce ci ha permesso di individuare minuscole variazioni di spessore e conducibilità”, ha detto. “Siamo stati entusiasti di vedere quanto i risultati corrispondessero a tecniche molto più lente e distruttive.”

Il team ha scoperto che quando gli strati di MXene diventano più sottili, la loro resistenza elettrica aumenta, un dettaglio cruciale per la progettazione di componenti elettronici affidabili ed efficienti. La nuova tecnica è stata anche in grado di eguagliare l’accuratezza di potenti strumenti di imaging come i microscopi elettronici, confermando la sua precisione.

“Questo lavoro fornisce una roadmap per integrare gli MXene nelle tecnologie reali offrendo una visione diretta delle loro proprietà intrinseche senza l’interferenza di strati sovrapposti o impurità”, ha affermato il Prof. Ronen Rapaport dell’Università Ebraica. “Affinando il modo in cui studiamo questi materiali, stiamo aprendo la strada al loro utilizzo in dispositivi energetici ed optoelettronici.”

Secondo il Dr. Tristan Petit dell’Helmholtz-Zentrum Berlin, la nuova tecnica potrebbe avere un impatto ancora più ampio. “Ciò apre nuovi campi di ricerca che in precedenza erano possibili solo con grandi e costose strutture a raggi X”, ha detto. “Ora possiamo fare un lavoro simile in un normale laboratorio, molto più velocemente.”

Gli MXene possono immagazzinare e rilasciare energia elettrica in modo estremamente efficiente, rendendoli promettenti per le batterie agli ioni di litio e allo stato solido di prossima generazione. Poiché sono sottili e pieghevoli, gli MXene potrebbero alimentare dispositivi indossabili, abbigliamento intelligente o elettronica pieghevole. Questo rende anche gli MXene ideali per l’uso nei supercondensatori, dispositivi che forniscono brevi raffiche di potenza e si ricaricano molto più velocemente delle normali batterie.

La loro capacità di interagire con la luce e condurre elettricità rende gli MXene utili anche per le celle solari e i sistemi fotochimici che convertono la luce solare in energia pulita. In particolare, gli MXene possono migliorare la produzione di idrogeno agendo come catalizzatori nelle reazioni di scissione dell’acqua.

Poiché gli MXene possono filtrare metalli pesanti e sali dall’acqua, gli scienziati li stanno esplorando per membrane di desalinizzazione e tecnologie di bonifica ambientale. I ricercatori stanno anche studiando gli MXene per un potenziale utilizzo in biosensori, sistemi di rilascio di farmaci e diagnostica medica.

Come ha detto il Dr. Petit: “Questa è una potente dimostrazione di come la collaborazione e la fisica avanzata possano accelerare la scienza dei materiali. Gli MXene sono solo l’inizio.