Tradeoff between Mechanical Strength and Electrical Conductivity of MXene Films by Nacre‐Inspired Subtractive Manufacturing

材料科学 极限抗拉强度 电阻率和电导率 复合材料 单层 电导率 退火(玻璃) 机械强度 模数 纳米技术 化学 工程类 物理化学 电气工程
作者
Chao Rong,Ting Su,Tianshu Chu,Ming‐Liang Zhu,Bowei Zhang,Fu‐Zhen Xuan
出处
期刊:Small [Wiley]
标识
DOI:10.1002/smll.202411329
摘要

Abstract Traditional strategies, by additive manufacturing, for integrating monolayer Ti 3 C 2 T x nanosheets into macroscopic films with binders can effectively improve their mechanical strength, but the electrical conductivity is often sacrificed. Herein, inspired by the aligned nano‐compacted feature of nacre, a flexible subtractive manufacturing strategy is reported to squeeze the interlayer 2D spacings by removing the nanoconfined water and interface terminations, leading to the improvement of mechanical strength and stability of Ti 3 C 2 T x layered films without sacrificing the electrical conductivity. After the vacuum annealing of Ti 3 C 2 T x films at 300 °C (A300), the interlayer 2D spacing decreased ≈0.1 nm with the surface functional groups (═O, ─OH, ─F) and interlayer water molecules greatly removed. The tensile strength (95.59 MPa) and Young's modulus (9.59 GPa) of A300 are ≈3 and ≈2 times improved, respectively. Moreover, the A300 films maintain a metallic electrical conductivity (2276 S cm −1 ) and show greatly enhanced stability. Compared to the original films, the mechanical strength of the A300 films is enhanced by increasing the interlayer friction and energy dissipation with the decrease of interlayer 2D spacings. This work provides a new way for engineering the self‐assembled films with more functions for broad applications.
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