研究摘要

作為2D MXene納米片極其重要的宏觀結(jié)構(gòu)，MXene（Ti3C2Tx）膜在很多領(lǐng)域中展示出了巨大的商業(yè)價值。然而，目前很難通過直接使用MXene膜作為基本材料構(gòu)筑多尺度的復(fù)合結(jié)構(gòu)。近日，哈爾濱工業(yè)大學(xué)Yuyan Liu與Zhimin Fan教授研究團隊在《Matter》上發(fā)表最新研究成果，發(fā)現(xiàn)了一種基于時間敏感的水環(huán)境中MXene膜“焊接”現(xiàn)象。MXene膜可以在時間敏感過程中實現(xiàn)相互連接。為了充分發(fā)揮這種特殊的焊接特性，將其用于濕度響應(yīng)的驅(qū)動器與有利于電解液離子快速擴散的MXene電極，具有優(yōu)異的性能。該工作證明MXene膜與其他金屬或功能材料具有同等的應(yīng)用潛力，是推進2D材料實際應(yīng)用進程的里程碑。

圖文導(dǎo)讀

圖1.?焊接MXene膜的合成過程、物相表征與力學(xué)性能測試。

圖2.?基于MXene膜的焊接過程所構(gòu)造的多尺度MXene復(fù)合結(jié)構(gòu)。

MXene膜的焊接性質(zhì)

MXene膜可以很輕易地進行焊接進而形成復(fù)雜的結(jié)構(gòu)與形狀，這也意味著焊接過程中與水接觸時結(jié)構(gòu)有被再次破壞的危險。那這是否意味著焊接MXene在實際應(yīng)用當中會有此受到一定的限制或完全不可用呢？有趣的是，研究人員發(fā)現(xiàn)，實際上MXene膜的焊接過程與時間緊密相關(guān)。新制備的MXene膜可以自由地相互連接，但是其焊接能力在室溫下暴露10天左右就會逐漸消失。利用這一點，在一定的時間內(nèi)將MXene膜焊接，以保證焊接后MXene膜的穩(wěn)定性。

需要指出的是，MXene膜的最佳焊接時間可通過改變儲存條件而進行調(diào)控。比如：MXene膜在200度的真空環(huán)境下僅兩小時之后就會失去焊接能力，這是因為水無法滲入到MXene膜的層間。當將MXene膜置于一定的濕度條件以平衡層間水的蒸發(fā)與吸附過程，MXene膜的焊接性質(zhì)能夠持續(xù)非常長的時間。因此，時間與保存條件對于保存MXene膜焊接性質(zhì)至關(guān)重要。

圖3.?MXene膜的焊接機理：手搖MXene膜與焊接MXene膜的水溶性及表征。

圖4.?基于焊接MXene膜的電化學(xué)應(yīng)用。

總結(jié)

? ? ???本文提出了MXene膜的焊接性質(zhì)并證明時間對焊接過程的影響。在外部水的輔助下，層間水分子在MXene膜的連接部分能夠自由擴散，以在水分子蒸發(fā)后實現(xiàn)的膜分散與結(jié)構(gòu)的重構(gòu)。在焊接期以外，由于MXene膜層間封閉的空間阻礙了外部水的浸入，使其失去焊接性質(zhì)。MXene膜這種特殊的焊接性質(zhì)有利于構(gòu)筑多尺度的復(fù)合結(jié)構(gòu)（多功能驅(qū)動器或垂直排列的電極）。MXene膜不能作為用于設(shè)計和加工復(fù)雜結(jié)構(gòu)的單元是長期困擾MXene商業(yè)化進程的問題，該工作對于MXene的商業(yè)化應(yīng)用研究具有里程碑意義。

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北科納米可提供水輔助“可焊接”的MXene膜（可定制）