生物学|用于锂基电池的二维金属碳化物/氮化物（MXene）纳米复合材料的最新进展（二）( 三 ) 生物学

Dillon等人通过 LiF-HCl 方法制备了蚀刻的 Ti3AlC2：一种危险性较低的制备方法，无需后处理，需要去除官能团。几层 Ti3C2Tx 产生了大约 6500 S/cm 的体电导率值，这仍然是 MXene 记录的最高电导率值。Ling 等人制造了一个 2D Ti3C2Tx ，其电导率约为 2400 S/cm 。制造过程包括将 Ti3AlC2 粉末与磁力搅拌 18 小时的 HF 水溶液混合。通过添加 DMSO 将获得的多层 MXene 分层并进一步搅拌 18 小时。第一次离心是通过用去离子水以 3500 rpm 的速度洗涤产物约 5 分钟来进行的。胶体 MXene 溶液是 Ti3C2Tx 薄片的上清液，是在样品在流动的氩气存在下进行超声处理 5 小时后获得的。Ling 等人生产的 MXenes 没有经过去除官能团所需的后处理。在 Hantanasirisakul 等人的一份报告中，采用可扩展的方法通过喷涂工艺制造 MXene 薄片。MXene 片的电阻介于 0.50 和 8.00 kΩ sq-1 之间。MXene 片的光电特性通过阳离子的化学和电化学嵌入进行调节。
MXene官能团的去除已被强调为提高其导电性的一种手段。在这种情况下， Wang 等人通过 Ti3AlC2 在水溶液中的液相剥离制备并生产了 2D MXene 片材；通过碱化和煅烧进行进一步合成。合成后从 MXene 表面去除了官能团，随后观察到样品的导电性增强。2D MXene 在 600 °C 下煅烧后记录的电导率为 2140 S/cm 。在某些温度下煅烧对样品的电导率具有线性影响：碱处理可有效去除官能团。Lai 等人对 MXene 官能团的表面改性进行了实验。该报告指出，表面改性可以调整 MXene 的特性，以用于能量存储、电子设备和传感器。该工艺可以通过化学处理、机械蚀刻和热退火来实现。通过化学剥离法生产的二维 Ti2CTx 显示出 104 cm2V-1s-1 的电子迁移率。2D-MXene 场效应晶体管的演示如图 18(a) 所示。在将漏源电压 (Vds) 和栅极电压 (Vg) 连接到电路后（图 18（a））， 2D-Ti2CTx 场效应晶体管的电流-电压特性表现出 p 沟道晶体管行为（图 18（a）） . 18(b)) 。通过热退火产生的二维 Ti2CTx 的层状结构如图 18（d）所示。通过创建 4 个电极并检查它们与电阻率的温度依赖性来分析 2D Ti2CTx 的离子传输特性（图 18（c））。为了调节 MXene 的电性能， Jing 等人应用了一种化学改性方法，使用重氮共价化学来定制表面官能团。通过制造场效应晶体管证明了调制的 MXene 随后的导电性。MXenes 的电子特性可以通过适当的化学设计和表面改性来控制。
图 18. 2D-Ti2CTx (A) 场效应晶体管电路， (B) V-I 特性， (C) 温度和电阻率依赖性，以及 (D) SEM 图像。经参考许可转载。?2015 ，英国皇家化学学会。
2/3D MXene可能不仅仅能够为某些所需应用提供所需的导电性和机械性能；然而，它可以与其他材料复合，以增强电、热、光学、机械和化学性能。Sobolciak 等人指出， MXene 复合材料的电导率与 MXene 的体积浓度成正比。然而，增加填料超过饱和点会降低复合材料的机械、热和其他性能。其中，合成方法是制备复合材料时需要考虑的重要因素。Wang 等人提出了一种单向冷冻干燥和真空方法来制造聚二甲基硅氧烷/3D MXene 纳米复合材料。报道的复合材料的电导率是基体电导率的 14 级。如图 19(a) 所示，聚二甲基硅氧烷/3D MXene 纳米复合材料的电导率在 0.65 vol% 以上时表现出渗透；低渗透阈值归因于 3D MXene 的多孔结构。聚二甲基硅氧烷/3D MXene 纳米复合材料的比较如图 19（b）所示。
图 19. (a) 聚二甲基硅氧烷/3D MXene 纳米复合材料的电导率。(b) 聚二甲基硅氧烷/3D MXene 纳米复合材料与其他复合材料的电导率比较。经 Ref. 许可转载。?2020 Elsevier Science Ltd.
Aissa等人研究了 2D MXene/石墨烯纳米复合材料的电子迁移率和结势垒特性。发现石墨烯可以提高 2D MXene 的导电性和载流子迁移率。采用电流体动力学雾化沉积方法处理二维 MXene/石墨烯复合材料，在 2.50 wt% 的石墨烯下，其电导率为 95000 S/cm ，载流子迁移率为 54.580 cm2/Vs 。电流体动力雾化沉积法的优点之一是在复合制备过程中可以监测填料的分散情况；这种情况会影响填料的纵横比、长度和密度。这种磁性金属导体的制造过程如图 20 所示。
【生物学|用于锂基电池的二维金属碳化物/氮化物（MXene）纳米复合材料的最新进展（二）】图 20. (a) 2D MXene 制造工艺和 (b c) 电流体动力雾化沉积方法。经 Ref. 许可转载。。?2020 ，爱思唯尔科学有限公司。
为了改善其微观结构和机械强度， Li 等人将纺织品与 MXene 复合以生产压力传感器。通过简便的浸涂方法制造的压阻式压力传感器显示出直接影响施加压力的电响应。传感器的灵敏度对于小于 29 kPa 的压力为 3.844 k/Pa ，对于 29 到 40 kPa 之间的压力为 12.0950 k/Pa 。Askyiir 等人建议进行表面改性，以调整 MXene 与其他材料的相互作用。他们通过一种简便的方法用烯丙胺改性 MXene 的表面证实了这一点。比较了改性和未改性的 MXene/弹性体复合材料的电导率，如图 21 所示。图 21 显示，与未改性的 MXene 相比，表面改性的 MXene 具有可观的电导率。这种效果可归因于改性 2D MXene 在基质（弹性体）中的高度分散性。