近年来,通过缩减包括芯片互连的各种设备组件来缩放各种设备组件,已经满足了对集成电路较高性能的增长需求。然而,随着在微型互连中使用常规金属(例如铜)变得越来越具有挑战性,因此对具有高电导率和分解电流密度的替代互连材料的兴趣越来越大。在这里,我们证明了单层Ti 3 C 2 t X的分解电流密度非常高,这是一种二维过渡金属碳化物(称为MXENES)的材料,它超过了铜和其他常规金属的这种特性。在Ti 3 C 2 t X中发现的高电导率和分解电流密度的显着组合扩展了MXENES对微电子的潜在应用的令人印象深刻的列表,并保证对大型MXENE家族的其他材料进行研究,其中一些可能具有更好的特征。
Cheng 等人 [1] 实现了与 Li 0.7 Ti 3 C 2 T 2 相当的容量(1C 电流密度下经过 200 次循环后容量为 100 mAh g −1,电流密度约为 100 mA g −1),而 Wang 等人 [2] 实现了与 ≈ Na 0.5 Ti 3 C 2 T 2 相当的容量(200 mA g −1 电流密度下经过 1000 次循环后容量为 70 mAh g −1,电流密度约为 3C)。隧道电子显微镜(TEM)还显示,在某些情况下可以插入多层 Na,[2] 在原子水平上每个原子级分子式单位可以有一个以上的 Na,即 Na > 1 Ti 3 C 2 T x 。另一方面,Mg 是一种在电池应用中具有挑战性的金属,其扩散速度慢、电解质-电极动力学复杂、质子嵌入和电解质分解问题严重[5–7],在微米级 Ti 3 C 2 T x 上测试时,仅显示出与 Mg 0.004 Ti 3 C 2 T 2 (≈ 1 mAh g − 1,25 次循环) 相当的容量。[3] 使用间隔基增加层间距离 [8] 和/或将 MXene 纳米化 [9,10] 已显示出更高的容量,但很难确定这些容量是由于可逆的 Mg 2 + 嵌入,还是由于表面反应、质子嵌入和/或电解质共嵌入 (如 MgCl + 嵌入的情况)。[5,6,11]
探索最多的mxenes之一是ti 3 c 2 t x,其中t x被指定为固有地形成终止物种。在许多应用中,Ti 3 C 2 t X是一种有前途的储能,能量转换和CO 2捕获设备的材料。然而,在Ti 3 C 2 t x -surface上进行吸附和表面反应的活动位点仍然是要探索的问题,这对何时获得正确和优化的表面需求的准备方法具有影响。在这里,我们使用X射线光电子光谱(XP)来研究诸如H 2,CO 2和H 2 O之类的常见气体分子的吸附,它们都可能存在于能量存储,能量转换和CO 2中 - 基于Ti 3 C 2 T x捕获设备。研究表明,H 2 O与Ti-Ti桥接位具有牢固的键合可将其视为终止物种。A O和H 2 O终止Ti 3 C 2 t X -Surface将CO 2吸附到Ti ti on top位点,并可能会降低存储正离子(例如Li +和Na +)的能力。另一方面,O和H 2 O终止Ti 3 C 2 t x -surface显示了分裂水的能力。这项研究的结果对MXENE制剂的正确选择以及MXENE周围的环境有影响,例如能量存储,CO 2 -Accapting,Energy转换,气体传感和催化剂。
X射线检测器可以在非结构测试,辐射暴露监测,安全检查,包装分类,医学诊断和计算机断层扫描(CT)中找到各种应用。在工作原理方面,可以间接或直接检测到X射线辐射。间接地,闪烁体用于将高能量X射线光子转换为可见的荧光,然后通过Pho-Todiode将其转换为电信号。由于能量构造和闪烁体散射的局限性,因此产生高分辨率图像的过程具有挑战性。在X射线检测的直接方法中,半导体材料通常用于将高能X射线直接转换为电信号,从而提供更高的能量转换效率和更好的成像分辨率。最近,已经出现了直接的X射线检测,因此已经出现了高原子数(高Z)材料,例如金属卤化物钙钛矿(MHP),无铅钙钛矿和无机/有机材料。尽管这些材料可以有效地吸收高能量X射线光子,但这些具有低浓度缺陷的高质量单晶材料仍然具有挑战性。因此,由于激发载体的强烈重新支持,基于这些材料的X射线检测器具有相对较低的灵敏度。我们正在研究新材料和结构来解决这个问题。ti 3 C 2 t x mxenes由于其出色的电导率,机械性柔韧性和可调带镜头而特别有吸引力,此外还具有super层水性分散性。One promising option is MXenes, a type of 2D materials that consists of transition metal car- bides or nitrides with the general formula M n + 1 X n T x (where n ranges from 1 to 4, M is an early transition metal like Ti, Sc, or Cr, X can be carbon or nitrogen, and T x represents surface terminal groups such as F, O, OH, and Cl).1与单晶钙钛矿材料相比,Ti 3 C 2 t x mxenes纳米膜更容易通过真空过滤和转移而无需引入杂质而实用。与其他具有高电阻的材料不同,Ti 3 C 2 t X Mxenes的高电导率可以降低设备的总体电阻,从而使设备能够在相对较低的电压下实现X射线检测。与基于硅的底物的出色兼容性
聚二甲基硅氧烷 (PDMS) 泡沫作为下一代聚合物泡沫材料之一,表面粘附性差且功能有限,极大地限制了其潜在应用。制备具有多种功能的先进 PDMS 泡沫材料仍然是一项关键挑战。在这项研究中,报道了前所未有的自粘性 PDMS 泡沫材料,该材料具有蠕虫状粗糙结构和反应性基团,用于通过简便的硅胶发泡和浸涂策略以及随后的硅烷表面改性来制造用 MXene/纤维素纳米纤维 (MXene/CNF) 互连网络装饰的多功能 PDMS 泡沫纳米复合材料。有趣的是,这种自粘性 PDMS 泡沫与混合 MXene/CNF 纳米涂层产生强的界面粘附力。因此,优化的PDMS泡沫纳米复合材料具有优异的表面超疏水性(水接触角≈159o)、可调的电导率(10-8至10Sm-1)、在宽温度范围(-20至200oC)和复杂环境(酸、钠和碱条件)中稳定的压缩循环可靠性、出色的阻燃性(LOI值> 27%且产烟率低)、良好的隔热性能和在各种应力模式和复杂环境条件下可靠的应变感应。它为合理设计和开发具有多功能性的先进PDMS泡沫纳米复合材料提供了新途径,可用于智能医疗监控和防火隔热等各种有前景的应用。
摘要:过渡金属碳化物和氮化物(MXenes)由于其受灵活的组成或表面功能团调控影响的高度可调的电子和光学性质而在光电应用领域引起了广泛关注。先前超快光子研究中使用的 Ti 3 C 2 T x MXenes(-F,-OH,=O封端)通常通过通用的氢氟酸(HF)蚀刻策略合成,这可能导致大量缺陷,从而阻碍 Ti 3 C 2 T x 的光电性能。在本文中,受到通过微密集层剥离法(MILD)蚀刻策略制备的 Ti 3 C 2 T x(-F,-OH,=O,-Cl封端)更高的电导率和载流子迁移率的启发,我们采用液相剥离(LPE)方法进一步优化它,以合成纯 Ti 3 C 2 T x 量子点(QDs)用于超快光子学。与在 1550 nm 下运行的其他 QDs 可饱和吸收体 (SA) 器件相比,我们的 SA 器件表现出相对较低的饱和强度 (1.983 GW/cm − 2 ) 和较高的调制深度 (11.6%),从而更容易产生锁模脉冲。在通信波段获得了以 1566.57 nm 为中心波长、基频为 22.78 MHz 的 466 fs 的突出超短脉冲持续时间。考虑到基于这种 Ti 3 C 2 T x QDs 锥形光纤的 SA 是对 Er 3+ 掺杂光纤激光器 (EDFL) 的首次探索,这项工作将为超快光子学的应用开辟一条新途径。
完整作者列表: Limbu, Tej;北卡罗来纳中央大学,化学和生物化学 Chitara, Basant;北卡罗来纳中央大学,化学与生物化学 Orlando, Jason;北卡罗来纳中央大学 Garcia Cervantes, Martha;北卡罗来纳中央大学,化学与生物化学 Kumari, Shalini;宾夕法尼亚州立大学帕克分校,物理系 Li, Qi;宾夕法尼亚州立大学帕克分校,物理系 Tang, Yongan;北卡罗来纳中央大学,数学与物理系 Yan, Fei;北卡罗来纳中央大学,化学与生物化学
附属机构:¹爱尔兰皇家外科医学院 (RCSI) 解剖与再生医学系组织工程研究组,123 St. Stephen's Green,都柏林 2,D02YN77,爱尔兰²先进材料与生物工程研究 (AMBER) 中心,RCSI 123 St Stephen's Green,都柏林 2,D02YN77,爱尔兰。 3 都柏林圣三一学院化学学院、自适应纳米结构和纳米器件研究中心(CRANN)和先进材料生物工程研究中心(AMBER),都柏林 2,爱尔兰 4 都柏林大学物理学院,都柏林圣三一学院(TCD),爱尔兰 5 都柏林圣三一学院(TCD)三一生物医学工程中心,爱尔兰*通讯作者:电子邮件:fjobrien@rcsi.ie 摘要:目前尚无针对中枢神经系统神经创伤的有效治疗方法,但电刺激方面的最新进展表明其在神经组织修复方面有一定前景。我们假设,将导电生物材料结构化整合到组织工程支架中可以增强神经再生的电活性信号传导。导电 2D Ti 3 C 2 T x MXene 纳米片由 MAX 相粉末合成,表现出与神经元、星形胶质细胞和小胶质细胞的优异的生物相容性。为了实现这些 MXenes 的空间控制分布,采用熔融电写技术 3D 打印出具有不同纤维间距(低、中、高密度)的高度有序的 PCL 微网,并用 MXenes 对其进行功能化,以提供高度可调的导电性能(0.081±0.053-18.87±2.94 S/m)。将这些导电微网嵌入神经营养、免疫调节透明质酸基细胞外基质 (ECM) 中,可产生柔软、支持生长的 MXene-ECM 复合支架。在这些支架上接种的神经元受到电刺激,促进神经突生长,受微网中纤维间距的影响。在多细胞细胞行为模型中,与低密度支架和不含 MXene 的对照相比,在高密度 MXene-ECM 支架上刺激 7 天的神经球表现出显著增加的轴突延伸和神经元分化。结果表明,神经营养支架中导电材料的空间组织可以增强对电刺激的修复关键反应,并且这些仿生 MXene-ECM 支架为神经创伤修复提供了一种有前途的新方法。关键词:组织工程、3D 打印、导电、生物材料、MXene、支架、神经。
mxene作为一种不同的储能系统的电极材料进行了研究。实验结果表明,MXENES作为阳极材料具有出色的循环性能,尤其是在较大的电流密度下。但是,可逆能力相对较低,这是满足工业应用需求的重要障碍。这项工作通过原位方法合成了N掺杂的石墨烯样碳(NGC)插入的Ti 3 C 2 t X(NGC-Ti 3 C 2 t X)van der waals异质结构通过原位方法。所制备的NGC-TI 3 C 2 T X van der waals异质结构用作钠离子和锂离子电池电极。对于钠离子电池,在20 mA g-1的特定电流中实现305 mAh g-1的可逆特异性容量,比Ti 3 C 2 t X X X X的特定电流高2.3倍。对于锂离子电池,在20 mA g-1的特定电流下,可逆能力为400 mAh g-1,是Ti 3 C 2 t X X的1.5倍。由NGC-TI 3 C 2 T X制成的钠离子和锂离子电池都显示出高循环稳定性。理论计算还验证了NGC-TI 3 C 2 O 2系统中电池容量的显着改善,这归因于NGC边缘状态下工作离子的附加吸附。这项工作是一种创新的方式,可以合成新的范德华异质结构,并提供了一条新的途径,以显着提高电化学性能。
gogotsi y,Anasori B.mxenes的兴起。acs nano。13(8):8491-8494,2019。