液態金屬順序橋聯法制備超強Mxene薄膜

金爵 3個月前 (07-05) 1997瀏覽

一、 【科學背景】??

? ? ? ? Mxene材料具有優異的導電性和機械性而備受關注。傳統的Mxene薄膜制備方法存在著一些問題，例如成本高、工藝復雜等。為了解決這些問題，研究人員提出了一種新的制備方法——液態金屬順序橋聯法。該方法利用液態金屬在Mxene表面形成一層金屬膜，通過順序橋聯反應將金屬膜與Mxene層連接在一起，形成超強Mxene薄膜。北京航空航天大學的程群峰教授團隊，魏立，周天柱（博士后）、張澤軍（博士研究生）、李雷（博士研究生）作為共同一作，報道了采用刮刀涂覆的方法制備取向度為0.75的MXene薄膜，拉伸強度可達570 Mpa。發展了一種空間受限蒸發方法，進一步將Mxene納米片的取向度提高到0.99，所得到的Mxene薄膜的拉伸強度為707 Mpa。空洞和界面相互作用也是提高MXene薄膜應力傳遞效率的重要因素，相關研究成果以 “Ultrastrong MXene film induced by sequential bridging with liquid metal”為題目發表在國際頂級期刊Science上。

二、【科學貢獻】

? ? ? ? 將碳化鈦(Ti3C2Tx)Mxene納米片組裝成宏觀薄膜是一個挑戰，包括空洞、低取向度和弱界面相互作用，這些都降低了力學性能。展示了一種使用液態金屬(LM)和細菌纖維素(BC)順序橋接MXene納米片(LBM膜)的超強宏觀Mxene薄膜，獲得了908.4兆帕的抗拉強度。采用反復涂覆葉片的逐層方法使薄膜的取向度提高到0.935，而具有良好變形性的薄膜將孔洞減少到5.4%。通過BC的氫鍵和與LM的配位鍵合，增強了界面的相互作用，提高了應力傳遞效率。順序橋聯為將其他二維納米片組裝成高性能材料提供了一條途徑。

圖1 LBM薄膜的制備原理與表征。? 2024 Science

圖2 LBM薄膜的界面相互作用表征。? 2024 Science

圖3 LBM薄膜的力學性能和斷裂機理。? 2024 Science

圖4 電磁干擾屏蔽效能的表現。? 2024 Science

三、【 創新點】?

? ? ? 1．通過順序橋接離子和共價鍵，通過組裝大小的MXene薄片，進一步減少了空隙。所得MXene薄膜的孔隙率低至4.11%，拉伸強度高達739 Mpa。所獲得的MXene薄膜的拉伸強度遠遠低于本征單層MXene的拉伸強度，僅為17.3 GPA。

  1. 通過依次橋接氫鍵和共價鍵， MXenefime中的孔隙率從15.4%降低到5.35%，導致抗拉強度為583兆帕。

四、【 科學啟迪】

? ? ? ? 本文用LM（液態金屬）和BC（細菌纖維素）連續橋聯MXene納米片，制備了超強宏觀LBM薄膜。該納米顆粒有效地減少了LBM膜的空洞。通過BC的氫鍵和與LM的配位鍵，MXene納米片之間的界面相互作用得到了極大的加強。這些結果進一步提高了MXene納米薄片在LBM薄膜中的應力傳遞效率。此外，LBM薄膜具有較高的電磁屏蔽效率。該方法提出的使用LM和BC的制造策略減少了空洞并提高了應力傳遞效率，這可能使其他二維納米片組裝成高性能材料成為可能。

原文詳情：https://www.science.org/doi/10.1126/science.ado4257

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