MXenes的可行性如何?

DT半导体材料 2024-06-20 18:08

MXenes

活动主题铂族金属与MXenes结合下的合成与应用拓展

活动时间:2024年7月10日下午14:00-17:00

活动地点:上海市滴水湖洲际酒店 1F“黄日”多功能会议厅(上海市浦东新区南汇新城滴水湖南岛1号)

报名咨询

李蕊

Tel:13373875075(微信同号)

E-mail:luna@polydt.com

近年来兴起的一种类石墨烯的二维层状材料——二维过渡金属碳/氮化物(一般称为 MXene),自2011年被报道之后,逐步受到材料科学家的青睐。
那什么是MXene?是科研噱头,还是有真材实料?产业化可行性如何?接下来和小编一起走近MXene的二维世界,一探究竟!
   MXene的发现
MXenes的研究历史可以追溯到2011年,由Drexel大学(美国)的Yury Gogotsi教授及其合作者Michel W. Barsoum教授等人首次报道了一种以氢氟酸HF为剥离剂,利用电化学剥离法制备出Ti3C2TX MXene材料的方法。此后,越来越多的学者开始探索MXenes的制备方法和性质。
2014年,研究者报道了利用二氧化氯来剥离原始材料制备Nb2C MXene的方法。同年,Gogotsi等人报道了一种新型的硫酸镁剥离法,实现了对多种MXenes的高效制备。之后,还有很多基于酸处理法、碱处理法、无水氢氟酸剥离法和电化学剥离法等方法制备MXenes的研究被报道出来。随后,科研界对MXenes的研究逐渐增多,涉及其种类、结构、合成方法和应用等方方面面。
   有多少种MXene材料
那么,究竟有多少种类MXene材料?
据统计,截至目前,已经报道了超过70种MXenes,并且仍有更多待发现。
MXene家族为何如此庞大?
MXenes是一类二维纳米材料,统称二维过渡金属碳/氮化物。MXenes的化学式可表示为MnXn−1Tx (n=2~5),其名称来源于其组成元素,M指的是过渡金属元素,XCN元素,Tx为表面官能团比如FOOH等,官能团种类与MXenes材料的物理化学性质密切相关。
与传统的二维材料“石墨烯”相比,MXenes具有更加复杂的结构,通常由多个结构单元叠加而成。MXenes的典型结构由M-X-M层构成,其中X原子位于两个过渡金属层之间,并与之形成典型的Heptagon-Pentagon-Heptagon (HPH) 多边形结构。MXenes的重要特性包括高度可调控的表面化学活性和导电性、优异的力学性能、丰富的层间间隙结构等,这些使得MXenes在各种领域具有广泛的应用前景。
二维MXene的结构和形貌
MXene材料的前驱体是MAX相陶瓷,这是一类具有三元层状结构的金属碳化物或氮化物,兼具陶瓷材料高模量和金属材料高导电性的优点,其通式是Mn+1AXn (简称为MAX)。

MAX相的结构和相应的MXene结构(来源:2013 WILEY-VCH VerlagGmbH & Co.KGaA;MXene的制备及应用进展,高分子通报,10.14028/j.cnki.1003-3726.2022.09.003)
其中M是过渡金属元素(Ti、V、Mo、Cr、Zr等);A是第3或第4主族元素(Al,Si,Pb 等);X为碳或氮元素(n=1、2、3)。当n=1时,MAX为(211) 相,典型材料是 Ti2AlC和V2AlC;当n=2时,MAX为(312)相,典型材料为Ti3AlC2;当n=3时为(413)相,典型材料为V4AlC3。MXene的X位原子可以被N、O或P等杂原子取代。此外,MXene晶体结构随着M原子数量的不同而变化。在M2X中,M原子序列为ABABAB的六方紧密堆积模式。在M3X2和M4X3中,M原子序列为ABCABC的面心立方堆积模式。并且,该层状材料中相邻层由范徳华力结合,具有可变性,通过超声剥离等物理手段破坏层间的范德华力,可获得少层或单层的MXene,从而暴露更多的活性位点。

(来源:MXene的制备及应用进展,高分子通报10.14028/j.cnki.1003-3726.2022.09.003

MXene的晶体结构如图所示。上述M若有两种或两种以上元素组成,则它会以两种形态存在:固溶体和有序相。以固溶体方式存在的M层中,能观察到过渡金属的晶体结构呈随机排列;而以有序相方式存在的M层中,则是单层或双层的一种过渡金属插入到另一种过渡金属层中。有序相的MXenes比它们对应的固溶体相更稳定。Ti3C2 材料是二维MXene材料家族中的重要成员,当前阶段,研究中最常用的MAX相是

Ti3AlC2

MXene的性质
MXene的特殊的层状结构和化学组成赋予了其多种优异的性质,例如:
导电性:MXene具有高度导电性,使其成为电极材料、传感器、储能器等领域的重要应用材料。
机械性能:MXene具有优异的力学强度和韧性,使其适用于制备柔性电子设备等领域。
光学性质:MXene对光的吸收和散射特性也受到广泛关注,这使得其成为透明导电薄膜、光催化剂等领域的潜在应用材料。
化学反应活性:MXene的表面官能团可以与不同种类的分子进行反应,从而赋予其可调控的表面性质和化学反应活性。
需要指出的是,不同种类的MXene可能具有不同的性质和应用潜力,并且MXene材料的性质通常还受到前体材料、剥离方法、后续处理等因素的影响
   怎么合成MXene?
合成是 MXene研究的基础, 也是决定其最终物理化学性质的根本。所有的 MXene 材料研究都涉及到如何得到这种新型二维材料。
同样是二维材料,但MXene的制备方法不同于石墨烯。石墨烯是通过天然产物石墨剥离得到的,而MXene在自然界中没有直接的前驱体。目前,主要的MXenes制备方法包括酸处理法、碱处理法、无水氢氟酸剥离法和电化学剥离法等。
目前几乎 90%以上的研究都会采用含氟刻蚀剂的化学方法将MAX 相转变为 MXene。该方法简单易行, 特别适合在常规化学实验室中操作。
路易斯酸熔盐刻蚀的方法是近年来发展出来的非溶剂化学刻蚀方法, 非常适用于调控 MXene 表面端基。
然而,MXenes的进一步发展仍然面临一些挑战和难点,如存在的固相杂质、稳定性和可扩展性等,需要通过不断探索和技术创新来解决。
   MXene能用在哪?

自2011年MXene首次发现以来,由于MXene的化学结构、独特的电子性质、优异的机械性能以及丰富的表面官能团,在电磁屏蔽、生物医药、能量转换与存储、传感器等方面有很大的应用潜能。近年来MXene材料涌现出一系列重要突破, 令人目不暇接。

例如,MXenes 兼具表面亲水性、化学稳定性等优势,既可直接作为理想的催化剂,也可作为催化剂的载体。研究人员将贵金属、过渡金属化合物、非金属等与 MXenes载体复合,通过改善活性位点再生能力,改变催化反应路径及增强稳定性来提升催化剂性能。MXenes材料在机械强度、抗氧化、亲水、化学稳定性等方面均表现优异,作为电催化材料的活性物质或载体时也表现出良好的电催化性能。

未来,可以进一步研究开发MXene在这些领域的实际应用,并探索新的应用领域。

   MXene,业界在研究什么?
今年2月,为了及时跟踪MXene新兴二维无机材料的研究进展, 《无机材料学报》组织了一期特邀专题评述,邀请了活跃在 MXene 研究前沿并取得重要进展的专家, 请他们讲述 MXene 研究的心得体会, 并指出存在的问题和挑战。
宁波材料所,黄庆研究员团队,在编者按写道,“乱花渐欲迷人眼, 浅草才能没马蹄”、MXene的研究渐入佳境。该团队的“化学剪刀”结构编辑策略提出后进一步丰富了MXene材料表面化学和晶体结构, 为定制化合成该二维无机材料提供了全新思路。
宁波材料所黄庆研究员:无机材料的“化学剪刀”结构编辑策略(点击跳转成果介绍)
MAX相作为传统的结构与功能一体化材料,在高温应用方面的潜力巨大, 但是其层状结构的增韧特性并没有得到很好的诠释。其中,刘增乾团队通过巧妙的实验设计得到具有类贝壳微观结构的MAX相/镁合金复合材料, 大幅度提高了材料的强度和韧性, 但调控界面润湿和结合强度仍是未来研究的重点。
金属研究所刘增乾,张哲峰:MAX相陶瓷增强金属基复合材料(点击跳转成果介绍)
程群峰团队近期在高性能MXene纳米复合材料研发上取得了突破性进展, 提出界面协同概念提高复合材料的致密度, 并认为未来应该更加关注大面积、高效率、规模化的MXene复合材料制造技术。
北航程群峰团队:高性能MXenes纳米复合材料(点击跳转成果介绍)
阿卜杜拉国王科技大学Alshareef团队撰文论述了MXene电子学应用研究, 并特别指出MXene诸多关键物理化学性质(如亲水性、功函数可调、表面端基可控、导电、特征离子激元和电磁相互作用等)对于未来电子器件研究的重要意义。
沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学:MXetronics—MXene电子学
沈国震团队也介绍了MXene材料在柔性光电探测器中的研究现状, 特别指出半导体型MXene是最终实现器件应用的关键。
北京理工大学沈国震:柔性光电探测器中的MXenes材料
汪德高团队回顾了MXene作为添加剂对于新型薄膜太阳能电池的作用, 二维MXene可以在界面处调控能带、光吸收效率和电传输等, 对发展高光电转化效率光电器件有积极的作用。
汪德高团队:二维MXene材料在新型薄膜太阳能电池技术中的研究进展
张传芳团队则介绍了面向电子器件和能源应用的MXene油墨印刷技术, 其中特别强调MXene材料的环境稳定性和封装技术是需要关注的难题之一。MXene具有类金属导电性和手风琴状结构, 因此在应力调控下具有电阻变化的响应特性。
四川大学张传芳教授:多功能MXene油墨
高义华团队详细介绍了MXene压力传感器的研究进展, 同时也提及了几种新型传感机制, 如电容式传感、摩擦电式传感、压电式传感、电池式传感和纳米流体传感等, 在未来的“电子皮肤”应用领域很有发展前景。
华中科技大学刘逆霜教授,高义华教授:MXene压力传感器
MXene材料与电磁波之间的相互作用引起了广泛研究兴趣, 如电磁屏蔽相关研究等。于石墨烯材料相比, MXene固有的亲水性使得终端应用(如涂层和聚合物复合材料)更加方便, 韩美康团队最新工作显示MXene在红外波段具有结构可控的辐射特性, 尤其是改变晶格元素、端基组成和层间距可显著影响红外响应, 有望发展成全新的红外波段物理器件。
复旦大学韩美康,王建禄:MXene的红外特性及其应用
肖旭团队最新工作发现MXene在全太赫兹波段能够实现理论极限50%的吸收率, 并指出高载流子浓度和超快弛豫时间是其在太赫兹宽频均一响应的关键因素。未来太赫兹技术在探测、成像、通信等领域会发挥越来越重要的作用, 因此MXene材料也将受到越来越多的关注。
电子科技大学肖旭研究员:MXenes及其复合物的太赫兹电磁屏蔽与吸收(点击跳转成果介绍)
MXene在储能领域的研究一直以来都是热点, 支春义团队阐述了用于锌离子电池的MXene阴极、阳极和电解质/隔膜的最新进展, 讨论了离子插层调控、表面接枝修饰、原子掺杂、层间距控制等手段的作用。这些研究思路对于其它离子电池研发都具有很好的借鉴意义。
支春义团队:MXene在锌离子电池中的应用: 研究进展与展望
   铂族金属邂逅MXenes将会产生什么样的火花?
铂族金属与MXenes材料的结合表现出优异性能,在催化、传感、医疗等方向发展潜力备受科研工作者的关注,然而,MXenes的进一步发展仍然面临一些挑战和难点,如存在的固相杂质、稳定性和可扩展性等,以及MXenes如何大规模制备、表面修饰和机械性能等,其商业化道路如何发展,如何充分发挥其优异性能……这些问题仍需要通过不断探索和技术创新来解决。

2024上海铂金周将于7月8日-11日在上海举办在英美资源贸易(中国)有限公司的积极推动下,DT新材料联合中国科学院宁波材料技术与工程研究所协力相助,以“铂族金属与MXenes结合下的合成与应用拓展”为主题,举办新材料分论坛,深入探讨二维过渡金属碳化物氮化物的最新研发成果、工艺创新、产业化合作,以及面临的机遇和挑战。
上海铂金周,邀您共话MXenes机遇与挑战!

MXenes

活动主题铂族金属与MXenes结合下的合成与应用拓展

活动时间:2024年7月10日下午14:00-17:00

活动地点:上海市滴水湖洲际酒店 1F“黄日”多功能会议厅(上海市浦东新区南汇新城滴水湖南岛1号)

报名咨询

李蕊

Tel:13373875075(微信同号)

E-mail:luna@polydt.com

DT半导体材料 聚焦于半导体材料行业的最新动态
评论
  • 产品质量合格率偏低会引起质量成本(也称“劣质成本”)的大幅增加。质量成本通常分为内部损失成本和外部损失成本两部分。内部损失成本是指产品交付前因质量不合格造成的损失,包括返工、报废等;外部损失成本是指产品交付后因质量问题导致的损失,如退货、召回等。此外,质量问题还会影响生产效率,带来额外人工和停工损失。下面分别介绍各类损失的具体计算方法和公式。直接成本损失(内部故障成本)直接成本是由于产品在出厂前质量不合格所造成的看得见的损失。常见的直接损失包括返工、报废以及由此产生的额外原材料消耗等。返工成本:
    优思学院 2025-03-05 15:25 77浏览
  • 以全志T536工业级处理器为引擎,驱动国产化创新,为千行百业提供降本增效新选择——飞凌嵌入式FET536-C核心板重磅发布!FET536-C全国产核心板FET536-C核心板基于全志发布的T536工业级处理器开发设计。主频1.6GHz,集成四核Cortex-A55、64位玄铁E907 RISC-V MCU,提供高效的计算能力;支持2TOPSNPU、安全启动、国密算法IP、全通路ECC、AMP、Linux-RT等,还具备广泛的连接接口:USB、SDIO、UART、SPI、CAN-FD、Ethern
    飞凌嵌入式 2025-03-05 10:38 58浏览
  • 在当今竞争激烈的市场环境中,企业不仅需要优化成本,还需积极响应国家的能源政策,减少对环境的影响。提升工业能源效率正是实现这一双重目标的关键。中国近年来大力推进“双碳”目标(碳达峰、碳中和),并出台了一系列政策鼓励企业节能减排。通过宏集CODRA的Panorama解决方案,企业可以获得专为这一目标设计的SCADA工具,实时监控和调整所有工业设备的能耗。特别是其中的能源管理模块,能够有效分析数据,预防故障,避免能源浪费。Panorama的优化技术宏集CODRA提供的解决方案,尤其是Panorama
    宏集科技 2025-03-06 11:25 112浏览
  • 服务器应用环境与客户需求PCIe 5.0高速接口技术的成熟驱动着生成式AI与高效能运算等相关应用蓬勃发展。在随着企业对服务器性能的要求日益严苛,服务器更新换代的周期也持续加快。在此背景下,白牌与DIY(Do It Yourself)服务器市场迎来了新的发展契机,但同时也面临着更趋复杂的技术挑战。传统上,白牌与DIY服务器以其高度客制化与成本效益优势受到市场青睐。然而,随着PCIe 5.0等高速技术的导入,服务器系统的复杂度大幅提升,对组装技术与组件兼容性也就提出更高的要求。举个简单的例子来说,P
    百佳泰测试实验室 2025-03-06 17:00 33浏览
  • 配电自动化终端DTU(数据终端单元)在智能电网的建设中扮演着至关重要的角色,它通过信息采集与控制,实现配电线路的遥测、故障检测及远程操作,极大提升了供电可靠性和效率。在国网新规的推动下,采用多核异构处理器设计的DTU方案日益成为主流,其中实时核与控制核的协同工作,为配电系统的实时监控与高效管理提供了有力保障。在此背景下,飞凌嵌入式基于FET536-C核心板的RISC-V核DTU解决方案应运而生,凭借卓越的性能和灵活的多核架构,引领配电自动化进入全新时代。1. T536核心板的优势飞凌嵌入式FET
    飞凌嵌入式 2025-03-05 10:42 78浏览
  • 文/Leon编辑/cc孙聪颖2025年全国两会进行时,作为“十四五”规划收官之年,本届两会释放出坚定目标、稳中求进、以进促稳等信号。其中,企业家们的建议备受关注,关系到民营经济在2025年的走向。作为国内科技制造业的“老兵”,全国人大代表、TCL集团创始人及董事长李东生在本届两会中提出三份代表建议,包括《关于优化中国科技制造业融资环境的建议》、《关于加强AI深度伪造欺诈管理的建议》和《关于降低灵活就业人员社会保险参保门槛的建议》,表现出对科技制造、AI发展和劳动者保障方面的关注。会后,李东生接受
    华尔街科技眼 2025-03-06 19:41 20浏览
  • 多人同时共享相同无线网络,以下场景是否是您熟悉的日常?姐姐:「妈~我在房间在线上课,影音一直断断续续的怎么上课啊!」奶奶:「媳妇啊~我在在线追剧,影片一直卡卡的,实在让人生气!」除此之外,同时间有老公在跟客户开在线会议,还有弟弟在玩在线游戏,而妈妈自己其实也在客厅追剧,同时间加总起来,共有五个人同时使用这个网络!我们不论是在家里、咖啡厅、餐厅、商场或是公司,都会面临到周遭充斥着非常多的无线路由器(AP),若同时间每位使用者透过手机、平板或是笔电连接到相同的一个网络,可想而知网络上的壅塞及相互干扰
    百佳泰测试实验室 2025-03-06 16:50 24浏览
  • ASL6328芯片支持高达 6.0 Gbps 运行速率的交流和直流耦合输入T-MDS 信号,具备可编程均衡和抖动清理功能。ASL6328 是一款单端口 HDMI/DVI 电平转换 / 中继器,具有重新定时功能。它包含 TypeC双模式 DP 线缆适配器寄存器,可用于识别线缆适配器的性能。抖动清理 PLL(锁相环)能够消除输入抖动,并完全重置系统抖动容限,因此能更好地满足更高数据速率下 HDMI 抖动合规性要求。设备的运行和配置可通过引脚设置或 I2C 总线实现。自动断电和静噪功能提供了灵活的电
    QQ1540182856 2025-03-06 14:26 84浏览
  • 案例1 2008款保时捷卡宴车行驶中发动机偶发熄火故障现象 一辆2008款保时捷卡宴车,搭载4.8 L 自然吸气发动机,累计行驶里程约为21万km。车主反映,该车行驶中发动机偶发熄火;重新起动,发动机能够起动着机,只是起动时间延长,且组合仪表上的发动机故障灯异常点亮。 故障诊断接车后试车,发动机起动及怠速运转正常。用故障检测仪检测,发动机控制单元(DME)中存储有故障代码“P0335 曲轴位置传感器A电路”,由此怀疑曲轴位置传感器信号偶尔异常,导致发动机熄火。用虹科Pico汽车示波器测
    虹科Pico汽车示波器 2025-03-05 11:00 62浏览
  • 引言嘿,各位电动汽车的爱好者们!咱们今儿个就来聊聊电动汽车里那些“看不见,摸不着”,但又至关重要的零部件。要说电动汽车这玩意儿,那可真是科技含量满满,各种高精尖的技术都往里堆。但要让这些高科技玩意儿协同工作,稳定可靠地运转,那就得靠一些幕后英雄,比如说——电容器。你可能会想,电容器?这不就是电子电路里常见的元件嘛,能有多重要? 哎,你可别小瞧了这小小的电容器。在电动汽车的心脏地带——高压直流转换器(DC-DC转换器)里,车规级的电容器那可是扮演着举足轻重的角色。 今天,咱们就聚焦分析三星电机车规
    贞光科技 2025-03-05 17:02 86浏览
  • 文/Leon编辑/侯煜‍2008至2021年间,创维以高举高打的凌厉之势,果断进行投资,一度成为中国市场大屏OLED产业的旗手,引领着显示技术的发展方向。但近年来,创维在 OLED 领域的发展轨迹却逐渐模糊,态度陷入暧昧不明的混沌状态。究其根源,一方面,创维对过往的押注难以割舍,在技术革新与市场变化的浪潮中,不愿轻易推翻曾经的战略布局;另一方面,早期在大屏OLED 技术研发、市场推广等环节投入的巨额资金,已然形成沉没成本,极大地限制了创维在显示技术路线上的重新抉择。但市场瞬息万变,为适应激烈的行
    华尔街科技眼 2025-03-05 20:03 144浏览
  • 在六西格玛项目中,团队的选择往往决定了最终的成败。合适的团队成员不仅能推动项目顺利进行,更能确保最终成果符合预期。因此,组建六西格玛团队时,必须挑选最合适的人才,确保他们具备必要的能力和特质。团队主管的关键特质每个精益六西格玛项目都需要一位主管来带领团队。他们不仅需要具备领导力,还要能够分析数据、制定策略,并与管理层和团队成员高效沟通。团队主管的核心职责包括:领导团队行动:能够激励成员,确保团队朝着既定目标前进。数据分析能力:精通数据处理和分析,能基于数据做出决策。沟通协调:能够在管理层和团队之
    优思学院 2025-03-06 12:51 92浏览
  • 1. 背景在汽车电子系统测试中,CANoe作为主流的仿真测试工具,常需与云端服务器、第三方软件或物联网设备进行交互。随着CANoe与外部软件、服务器或设备交互越来越多,直接使用Socket进行通信往往不能满足使用需求,依托于CANoe 的连接功能集(Connectivity Feature Set),以及Distributed Object(DO)功能,可以仿真HTTP节点,实现设备与服务器等之间的通信,保证数据处理的可靠性和便捷性。本文详细解析如何利用CANoe搭建HTTP测试环境,并提供典型
    北汇信息 2025-03-05 11:56 86浏览
  • 随着自动驾驶技术的迅猛发展,构建高保真、动态的仿真场景成为了行业的迫切需求。传统的三维重建方法在处理复杂场景时常常面临效率和精度的挑战。在此背景下,3D高斯点阵渲染(3DGS)技术应运而生,成为自动驾驶仿真场景重建的关键突破。一、3DGS技术概述与原理1、3DGS的技术概述3DGS是一种基于3D高斯分布的三维场景表示方法。通过将场景中的对象转化为多个3D高斯点,每个点包含位置、协方差矩阵和不透明度等信息,3DGS能够精确地表达复杂场景的几何形状和光照特性。与传统的神经辐射场(NeRF)方法相比,
    康谋 2025-03-06 13:17 113浏览
  • 概述随着工业4.0的深入推进,制造业对自动化和智能化的需求日益增长。传统生产线面临空间不足、效率低下、灵活性差等问题,尤其在现有工厂改造项目中,如何在有限空间内实现高效自动化成为一大挑战。此次项目的客户需要在现有工厂基础上进行改造,空间有限。为此,客户选择了SCARA型线性轴机器人作为执行设备。然而,SCARA机器人的高效运行离不开强大的控制系统支持。宏集凭借其先进的智能控制系统,为客户提供了高效、灵活的自动化解决方案,确保SCARA机器人在有限空间内发挥最大效能。一、客户需求在此次改造项目中,
    宏集科技 2025-03-06 11:27 115浏览
我要评论
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦