2019-10-14 21:49:01
将二维材料带到最大

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MXenes被Drexel大学的研究人员发现为能源应用的电极,MXenes已成为KAUST的研究重点。 Husam Alshareef及其团队专门研究用于电子和能源应用的纳米材料。他们将它们变成设备,例如超级电容器,电池和传感器。 MXenes具有化学活性的表面和高导电性的核,使其成为该集团尖端材料研究的理想候选材料。

MXene通常由钛和碳原子的核组成,厚度只有几个原子。该金属材料(碳化物或氮化物)的导电率可与铜线媲美。 MXene的上表面和下表面覆盖有具有化学和电化学活性的金属-氧键(例如Ti-O)和金属-羟基(例如Ti-OH)。 “这些特性的组合使MXene具有独特性,” Alshareef解释说。

“ MXenes在电子设备和传感器中的应用为KAUST的研究人员做出了开创性的贡献,”来自美国Drexel大学的教授Yury Gogotsi说道,他是MXenes的发现者之一。 “由于他们在电子领域的经验,他们已经将它们从材料阶段转移到了设备阶段。这非常重要,并且可能是在工业中实际实施MXene的决定性时刻。”

从头开始

Alshareef表示:“拥有制备优质MXene的知识是获得出色性能的关键。”为了制造二维MXene原子晶体,首先使用常规陶瓷加工技术制备称为MAX相的母体材料。 MAX中的M代表过渡金属,例如钛; A通常是铝; X是碳或氮。固溶处理方法用于选择性地去除铝以产生二维晶体。将这些晶体置于悬浮液中,然后用于制备MXene的薄膜,凝胶,薄片和量子点。

制造MXene的挑战在于,制造母体MAX相需要高达1700摄氏度的温度,并且需要HF来蚀刻铝。 Alshareef说:“我们正在开发工艺,以简化合成方案,并使它们更环保,更节能。”

开发新设备

最近,Alshareef和他的小组开发了基于MXene的柔软,超拉伸聚合物,称为水凝胶。 “我们称之为MXene智能皮肤,” Alshareef说。 “它具有3400%的可拉伸性,自我修复,柔软并且几乎可以感知任何东西-触摸力,方向,速度,声音,压力,温度,湿度。”研究小组表明,放在额头上的一小块聪明的皮肤可以区分多种面部表情,而放在语音盒上方的皮肤上的一块可以仅通过测量语音盒的移动来区分字母表中的每个字母。

可以利用MXene的大表面积和非凡电导率的传感器设备是另一个有前途的研究途径。最近,该团队创建了一个基于MXene的可穿戴汗液传感器,以监测汗液中的关键生物标志物。可拉伸传感器可以同时测量多个参数,包括乳酸,葡萄糖,pH和锌。 “它可以测量并直接传输到您的手机,并且可以正常工作,” Alshareef说。 “我们的原型可穿戴汗液传感器运行良好,我们未来的工作将集中在小型化上。”

Alshareef在KAUST校园内的合作展示了MXenes的巨大潜力。他一直在与Omar Mohammed合作,以了解它们的基本光电性能,并制造基于MXene的光子和等离子体设备。来自海水淡化和回用中心的王鹏(音译)开发了渗透发电机。张希祥和张希祥等人探讨了MXene的二维特性,以生长出继承MXene特性的二维铁电,电光和压电晶体。

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