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Tuning thermal and electrical properties of MXenes via dehydration.

MXenes公司 湿度 材料科学 解吸 热的 化学物理 纳米技术 吸收(声学) 吸附 热导率 工作(物理) 电阻和电导 化学 热力学 复合材料 物理化学 物理
作者
Dezhao Huang,Dezhao Huang,Xuezi Wang,Wei Yu,Yanan Yue
出处
期刊:Physical Chemistry Chemical Physics [The Royal Society of Chemistry]
标识
DOI:10.1039/d2cp03619c
摘要

Recently, MXenes (a class of two-dimensional transition metal carbides) have attracted great attention in various applications such as humidity sensors, owing to their unique electrical and thermal properties. However, previous studies of MXenes mostly focus on their humidity-sensing characteristics such as the mechanical response, and only few reports on their electrical and thermal response are available. Herein, we present novel transient electrothermal experiments to demonstrate that a transition from a negative to a positive resistance-temperature relationship can take place when the MXene sample becomes fully dehydrated. This surprising and unusual phenomenon was elucidated through non-equilibrium molecular dynamics simulations and attributed to water absorption/desorption onto the chemically active MXene surface. A linear relationship was also found between electrical/thermal properties and environmental humidity, which could be related to water adsorption on the surface of the MXene sensor. We further decomposed the total measured thermal conductivity and found that phonons were the dominant thermal carriers in the MXene sample. The main breakthrough of this work is the discovery of the unusual resistance-temperature relationship, which should be applicable to the design of MXene-based sensors for various applications.
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