Preparació, propietats i aplicació de pel·lícules de mxene/ polímer

Com a nou material bidimensional, el carboni/nitrur de metall de transició (MXene) s'ha informat per primera vegada des del 2011 i ha cridat ràpidament l'atenció dels investigadors científics per les seves excel·lents propietats. El mxene està compost per n+1 capa d’àtoms metàl·lics de transició (m) i n capa d’àtoms de carboni o nitrogen (x), i la seva fórmula general es pot escriure com a Mn+1xNTX, on n és 1, 2 o 3, que representa el Tipus d’arranjament atòmic de tres materials Mxene, T es refereix al grup funcional unit a la superfície del material. A causa de la rica composició química del sistema, s’han preparat amb èxit més de 30 tipus de mxene i els càlculs teòrics demostren que encara hi ha molts possibles mxene per desenvolupar -se. A causa de les propietats físiques i químiques úniques de Mxene, té àmplies perspectives d'aplicació en catàlisi, detecció, emmagatzematge d'energia i altres camps. Els estudis han demostrat que el mxene és propens a la degradació oxidativa en el medi natural, cosa que limita el desenvolupament de materials Mxene. El compost de mxene amb altres materials pot millorar eficaçment l’estabilitat ambiental del MXene i ampliar encara més el seu rang d’aplicació pràctic. Entre ells, el polímer té els avantatges de la preparació simple, el preu baix i la funció regulable, i la combinació de polímer i mxene per preparar pel·lícules compostes s’ha convertit en un dels punts de recerca actuals, que s’espera que s’adonin de l’aplicació a gran escala de Mxene Materials en producció industrial

Figura 1. Resum dels mètodes de preparació i aplicacions relacionades de pel·lícules de mxene/ polímer: La mida del gràfic PIE representa la proporció de treballs relacionats amb els mètodes de preparació i les aplicacions pràctiques en papers publicats totals.

Recentment, l’equip de recerca de Zhang Han, distingit professor de la Universitat de Shenzhen, va publicar un article titulat "Mxene/ Polymer Membranes: Síntesi, propietats i aplicacions emergents" per primera vegada va resumir sistemàticament la preparació, les propietats i les aplicacions pràctiques del mxene/ polímer pel·lícules. Aquesta revisió es divideix en sis parts: (1) els mètodes de síntesi del cos mxene: gravat selectiu de precursors màxims o no-max i mètode de creixement de CVD de baix a dalt; (2) estudi sobre les propietats del mxene: propietats electròniques, propietats mecàniques i estabilitat; (3) Mètodes de preparació de pel·lícules de mxene/ polímer: filtració assistida al buit (VAF), pel·lícula que aboca una pel·lícula (DC), pel·lícula de premsa calenta (HP), autoassemblatge de capa, electrospinning i deposició electroquímica, etc. (4) propietats de mxene / Pel·lícules de polímer: propietats mecàniques, propietats tèrmiques, propietats elèctriques i barrera de gas; (5) Aplicacions pràctiques de pel·lícules de mxene/ polímer: medis de filtre, blindatge electromagnètic, sensors, supercapacitors i nanogeneradors; (6) Reptes i oportunitats per al desenvolupament de pel·lícules de Mxene/ Polímer: es resumeix el procés de preparació de les pel·lícules Mxene/ Polymer per proporcionar idees per al disseny de noves pel·lícules Mxene/ Polymer. Per exemple, es realitza la preparació quantitativa de pel·lícules de mxene/ polímer afegint blocs de mxene no intercalats en el procés de polimerització; En establir un model adequat, es va estudiar el mecanisme de mxene i polímer i es va combinar amb els resultats experimentals, es va revelar l'efecte de l'efecte sinèrgic del mxene i el polímer sobre les propietats de les pel·lícules de mxene/ polímer. Actualment, el material TI3C2 relativament madur s’utilitza principalment en la preparació de pel·lícules MXene/ Polymer. Tenint en compte la diversitat de materials de mxene, es pot explorar la introducció d’altres materials Mxene, combinats amb la versatilitat del propi polímer, per aconseguir la preparació de pel·lícules Mxene/ polímer d’alt rendiment.

El treball de revisió es va publicar recentment a la química dels materials. El primer autor és el doctor Lingfeng Gao, becari postdoctoral de la Universitat de Shenzhen, i l’autor corresponent és Zhang Han, professor distingit al laboratori conjunta de ciències optoelectròniques i tecnologia de materials bidimensionals de la Universitat Shenzhen. Aquest treball ha estat recolzat per la National Natural Science Foundation of China, la postdoctoral Science Foundation of China, el Projecte Pla de Ciència i Tecnologia de la província de Guangdong i el Fons de la Innovació Science and Technology de Shenzhen.