Προετοιμασία, ιδιότητες και εφαρμογή ταινιών Mxene/ Polymer

Ως νέο δισδιάστατο υλικό, έχει αναφερθεί για πρώτη φορά το μεταβατικό μέταλλο άνθρακα/νιτρίδιο (MXene) για πρώτη φορά από το 2011 και έχει προσελκύσει γρήγορα την προσοχή των επιστημονικών ερευνητών λόγω των εξαιρετικών ιδιοτήτων του. Το Mxene αποτελείται από N+1 στρώμα ατόμων μετάβασης (M) και Ν στρώμα άνθρακα ή αζώτου (x) και ο γενικός τύπος του μπορεί να γραφτεί ως Mn+1xntx, όπου το n είναι 1, 2 ή 3, που αντιπροσωπεύει το Τύποι ατομικής διάταξης τριών υλικών Mxene, T αναφέρεται στη λειτουργική ομάδα που συνδέεται με την επιφάνεια του υλικού. Λόγω της πλούσιας χημικής σύνθεσης του συστήματος, έχουν προετοιμαστεί με επιτυχία περισσότερα από 30 είδη Mxene και οι θεωρητικοί υπολογισμοί δείχνουν ότι εξακολουθούν να υπάρχουν πολλά πιθανή Mxene. Λόγω των μοναδικών φυσικών και χημικών ιδιοτήτων του Mxene, έχει ευρείες προοπτικές εφαρμογής στην κατάλυση, την ανίχνευση, την αποθήκευση ενέργειας και άλλα πεδία. Μελέτες έχουν δείξει ότι το Mxene είναι επιρρεπές σε οξειδωτική αποικοδόμηση στο φυσικό περιβάλλον, το οποίο περιορίζει την ανάπτυξη υλικών Mxene. Το σύνθετο Mxene με άλλα υλικά μπορεί να βελτιώσει αποτελεσματικά την περιβαλλοντική σταθερότητα του Mxene και να επεκτείνει περαιτέρω το εύρος της πρακτικής εφαρμογής. Μεταξύ αυτών, το πολυμερές έχει τα πλεονεκτήματα της απλής προετοιμασίας, της χαμηλής τιμής και της ρυθμιζόμενης λειτουργίας και ο συνδυασμός πολυμερούς και Mxene για την παρασκευή σύνθετων μεμβρανών έχει γίνει ένα από τα σημερινά ερευνητικά hotspots, τα οποία αναμένεται να συνειδητοποιήσουν την εφαρμογή μεγάλης κλίμακας του Mxene Υλικά στη βιομηχανική παραγωγή

Σχήμα 1. Περίληψη των μεθόδων προετοιμασίας και των σχετικών εφαρμογών των ταινιών Mxene/ Polymer: Το μέγεθος του πίνακα πίτας αντιπροσωπεύει το ποσοστό των εγγράφων που σχετίζονται με μεθόδους προετοιμασίας και πρακτικές εφαρμογές σε συνολικά δημοσιευμένα έγγραφα.

Πρόσφατα, η ερευνητική ομάδα του Zhang Han, διακεκριμένος καθηγητής του Πανεπιστημίου Shenzhen, δημοσίευσε ένα έγγραφο με τίτλο "Μελυμερές Mxene/ Polymer: Σύνθεση, ιδιότητες και αναδυόμενες εφαρμογές" για πρώτη φορά συνόψισε συστηματικά την προετοιμασία, τις ιδιότητες και τις πρακτικές εφαρμογές του Mxene/ Polymer ταινίες. Αυτή η ανασκόπηση χωρίζεται σε έξι μέρη: (1) Οι μέθοδοι σύνθεσης του σώματος Mxene: επιλεκτική χάραξη μέγιστων ή μη-max πρόδρομων και μέθοδος ανάπτυξης CVD από κάτω προς τα πάνω, (2) μελέτη σχετικά με τις ιδιότητες του MXene: ηλεκτρονικές ιδιότητες, μηχανικές ιδιότητες και σταθερότητα. (3) Μέθοδοι προετοιμασίας μεμβρανών Mxene/ Polymer: Διόρθωση υποβοηθούμενης από κενό (VAF), φιλμ διαλύματος (DC), μεμβράνη θερμού (HP), αυτοσυναρμολόγηση στρώματος, ηλεκτροδιαγνωστική και ηλεκτροχημική εναπόθεση κλπ. (4) Ιδιότητες Mxene / φιλμ πολυμερούς: μηχανικές ιδιότητες, θερμικές ιδιότητες, ηλεκτρικές ιδιότητες και φράγμα αερίου. (5) Πρακτικές εφαρμογές ταινιών Mxene/ Polymer: μέσα φίλτρων, ηλεκτρομαγνητική θωράκιση, αισθητήρες, υπερκατασκευαστές και νανογενούς. (6) Προκλήσεις και ευκαιρίες για την ανάπτυξη ταινιών Mxene/ Polymer: Η διαδικασία προετοιμασίας των ταινιών Mxene/ Polymer συνοψίζεται για να παρέχει ιδέες για το σχεδιασμό νέων ταινιών Mxene/ Polymer. Για παράδειγμα, η ποσοτική παρασκευή των μεμβρανών Mxene/ Polymer πραγματοποιείται με την προσθήκη μη ενδιάμεσων μπλοκ Mxene στη διαδικασία πολυμερισμού. Με την καθιέρωση ενός κατάλληλου μοντέλου, μελετήθηκε ο μηχανισμός του Mxene και του πολυμερούς και σε συνδυασμό με τα πειραματικά αποτελέσματα, αποκαλύφθηκε η επίδραση της συνεργιστικής επίδρασης του Mxene και του πολυμερούς στις ιδιότητες των μεμβρανών Mxene/ Polymer. Επί του παρόντος, το σχετικά ώριμο υλικό TI3C2 χρησιμοποιείται κυρίως στην παρασκευή ταινιών Mxene/ Polymer. Λαμβάνοντας υπόψη την ποικιλομορφία των υλικών Mxene, μπορεί να διερευνηθεί η εισαγωγή άλλων υλικών Mxene, σε συνδυασμό με την ευελιξία του ίδιου του πολυμερούς, για να επιτευχθεί η παρασκευή ταινιών Mxene/ Polymer υψηλής απόδοσης.

Το έγγραφο ανασκόπησης δημοσιεύθηκε πρόσφατα στη χημεία των υλικών. Ο πρώτος συγγραφέας είναι ο Δρ Lingfeng Gao, μεταδιδακτορικός συνεργάτης του Πανεπιστημίου Shenzhen, και ο αντίστοιχος συγγραφέας είναι ο Zhang Han, διακεκριμένος καθηγητής στο κοινό εργαστήριο οπτοηλεκτρονικής επιστήμης και τεχνολογίας των δισδιάστατων υλικών στο Πανεπιστήμιο Shenzhen. Το έργο αυτό υποστηρίχθηκε από το Εθνικό Ίδρυμα Φυσικών Επιστημών της Κίνας, το Ίδρυμα Μεταδιδακτορικών Επιστημών της Κίνας, το Σχέδιο Επιστημών και Τεχνολογικών Σχεδίων της επαρχίας Guangdong και το Ταμείο Επιστημών και Τεχνολογίας καινοτομίας του Shenzhen.