国外研发新型纳米材料MXenes 可用于智能柔性传感器

据外媒报道,近日,Drexel大学的研究人员发现了能为能源应用的电极材料——新型纳米材料MXenes。

  据外媒报道,近日,Drexel大学的研究人员发现了能为能源应用的电极材料——新型纳米材料MXenes。MXenes因拥有化学活性的表面和高导电性的内核,使其成为该集团尖端材料研究的理想候选材料。HusamAlshareef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。


MXene具有化学和电化学活性的金属-氧和金属-羟基(例如Ti-OH)键覆盖。

  MXene通常由钛和碳原子的核组成,厚度只有几个原子那么厚。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YuryGogotsi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。”

  像在Alshareef的实验室中制造的膜一样,MXene膜也用于能量存储、传感和渗透发电。

  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,如触摸力、方向、速度、声音、压力、温度、湿度等。”研究小组表明,放在额头上的一小块MXene智能皮肤可以区分多种面部表情,而放在语音盒上的MXene智能皮肤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。

  MXenes可用于创建更好的传感器、触摸屏、光电探测器和复合材料。

  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。所述伸缩性传感器可以同时测量多个参数,包括乳酸、葡萄糖、pH值和锌。“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OmarMohammed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。

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