Mechanical properties of 2D Zr n +1C n (n = 1, 2) MXenes with and without functionalization

MXenes公司 材料科学 极限抗拉强度 最大相位 氮化物 密度泛函理论 碳化物 结晶学 表面改性 复合材料 纳米技术 计算化学 图层(电子) 化学 物理化学
作者
Hengtao Li,Hongyan Wang,Xiu‐Mei Li,Yong Li,Yuanzheng Chen,Hui Wang
出处
期刊:Journal of Physics: Condensed Matter [IOP Publishing]
卷期号:34 (46): 465502-465502 被引量:5
标识
DOI:10.1088/1361-648x/ac9170
摘要

Transition metal carbides and nitrides (MXenes) are considered the new generation of flexible electronic materials because of their superior mechanical strength and flexibility. Based on the density functional theory, the structures, electronic properties and mechanical properties of the 2D Zr-based MXenes with and without surface functional groups (O, F and OH) are investigated systematically to explore their elastic properties and tensile fracture mechanism. The results reveal the tensile strength and critical strain under biaxial tensile direction can reach 52 GPa, 12% for Zr2C and 55 GPa, 19% for Zr3C2, more outstanding than the mechanical behavior of the pristine Ti2C (47 GPa, 9.5%). The tensile behaviors of the functionalized Zrn+1CnT2(n= 1, 2, T = O, F, OH) strongly depend on the crystallographic orientation and the surface functional group. The phonon spectrum under the critical strain indicates the tensile fracture of the pristine Zr-based MXenes was determined by phonon instability, except along the armchair direction of Zr2C and zigzag direction of Zr3C2. During tensile strain, the collapse of Zrn+1CnF2and Zrn+1Cn(OH)2(n= 1, 2) are mainly caused by internal Zr-C bond rupture and transfer to the surface. While the O-functionalized Zrn+1CnO2(n= 1, 2) presented the opposite collapse trend. Additionally, according to the research results of critical strain, elastic modulus and electrical conductivity, F/OH-terminated Zr2C MXene is relatively more suitable for flexible sensors of wearable devices than Zr3C2T2.
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