Pristine Titanium Carbide MXene Films with Environmentally Stable Conductivity and Superior Mechanical Strength

材料科学 碳化钛 复合材料 电导率 MXenes公司 化学工程 碳化物 纳米技术 冶金 物理化学 化学 工程类
作者
Hongwu Chen,Yeye Wen,Yingyi Qi,Qian Zhao,Liangti Qu,Chun Li
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:30 (5) 被引量:257
标识
DOI:10.1002/adfm.201906996
摘要

Abstract 2D titanium carbide (Ti 3 C 2 T x MXene) has potential application in flexible/transparent conductors because of its metallic conductivity and solution processability. However, solution‐processed Ti 3 C 2 T x films suffer from poor hydration stability and mechanical performance that stem from the presence of intercalants, which are unavoidably introduced during the preparation of Ti 3 C 2 T x suspension. A proton acid colloidal processing approach is developed to remove the extrinsic intercalants in Ti 3 C 2 T x film materials, producing pristine Ti 3 C 2 T x films with significantly enhanced conductivity, mechanical strength, and environmental stability. Typically, pristine Ti 3 C 2 T x films show more than twofold higher conductivity (10 400 S cm −1 vs 4620 S cm −1 ) and up to 11‐ and 32‐times higher strength and strain energy at failure (112 MPa, 1,480 kJ m −3 , vs 10 MPa, 45 kJ m −3 ) than films prepared without proton acid processing. Simultaneously, the conductivity and mechanical integrity of pristine films are also largely retained during the long‐term storage in H 2 O/O 2 environment. The improvement in mechanical performance and conductivity is originated from the intrinsic strong interaction between Ti 3 C 2 T x layers, and the absence of extrinsic intercalants makes pristine Ti 3 C 2 T x films stable in humidity by blocking the intercalation of H 2 O/O 2 . This method makes the material more competitive for real‐world applications such as electromagnetic interference shielding.
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