發(fā)布時間：2021-03-21 22:14

　　新型二維納米材料（石墨烯和MXenes）具有由尺寸效應帶來的優(yōu)異物化性能,目前已在眾多領域展現(xiàn)出廣闊應用前景。為有效利用石墨烯和MXenes本身納米尺度上優(yōu)異性能以滿足相關領域具體使用要求,利用逐漸興起的組裝技術,將微觀尺寸的納米片層組裝成具有宏觀尺寸的功能結(jié)構（如一維纖維、二維薄膜、三維氣凝膠）無疑是一種最為有效的方法。通過對二維納米材料組裝體進行合理的結(jié)構設計和形貌調(diào)控,不僅能夠更好地利用納米材料本身優(yōu)異的電學、光學和力學等性能,而且還能開發(fā)材料新的功能特性并拓展其應用范圍,因此,研究二維納米材料的組裝策略并以此制備宏觀功能材料對實現(xiàn)二維納米材料實際應用具有重要意義。本論文針對MXenes和石墨烯宏觀組裝體制備和使用時仍存在的難點和性能缺陷,如石墨烯薄膜在作為電磁屏蔽材料時屏蔽機制單一、MXenes材料在潮濕環(huán)境中易降解、MXenes二維宏觀薄膜導電與力學性能難以兼顧以及MXenes三維宏觀組裝結(jié)構難以形成等問題,通過提出新的結(jié)構設計思路和組裝策略,設計出輕質(zhì)磁性多孔石墨烯二維薄膜、高強高導電二維MXene薄膜、低密度疏水二維MXene泡沫薄膜以及低密度、超彈性MXene三維氣凝膠... 

【文章來源】：北京化工大學北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：164 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１－１典型超薄二維納米材料示意圖，包括：石墨烯、氮化硼、金屬有機骨架化合物、共價有機??骨架化合物、過渡金屬硫化ｔ）、過度金屬碳／氮化合物、層狀雙氫氧化物、氧化物、金屬以及黑??

過渡金屬碳／氮化合物，ＭＸｅｎｅｓ，是一種具有多原子層厚度的二維納米材料，最??早由Ｂａｒｓｏｕｍ等人提出，至２０１１由Ｙｕｒｙ課題組詳細報導制備工藝和結(jié)構組成［１（），１１］。??ＭＸｅｎｅｓ可由選擇性刻蝕ＭＡＸ相中Ａ原子層再經(jīng)過插層和超聲輔助剝離得到（圖１－??２）。ＭＡＸ相是一種層狀導電陶瓷，其結(jié)構與石墨類似，但與石墨單一元素構成不同，??ＭＡＸ由含有不同元素的原子層構成并含有更為豐富的鍵合作用，一般被命名為??Ｍｎ＋１ＡＸｎ，其中，Ｍ為早期過渡金屬（包括鈦，釩，鉻等），Ａ是ＩＩＩＡ或ＩＶＡ族中的??元素（包括鋁，硅，鎵等），Ｘ為碳原子或氮原子，ｎ通常為１，２或３［１２］。至今，己??有七十多種ＭＡＸ相材料被報導〃３］。而如果進一步在ＭＡＸ中的Ｍ位置引入雙過渡金??屬、Ａ位置引入雙元素組合或者Ｘ位置引入碳氮元素組合，則可以合成出更多種類的??ＭＡＸ相材料，進一步豐富可獲得的且具有不同性能特征的ＭＸｅｎｅ種類，賦予該材料??更大的應用范圍和潛力。總的來說，ＭＡＸ相的結(jié)構可被看成早期過度金屬碳／氮化合??物層與Ａ元素層被粘接而成。Ｍ層和Ｘ層之間包含了共價鍵、金屬鍵和離子鍵作用

利用Ｍ－Ａ之間較弱鍵能的特點，在最大程度保留Ｍ－Ｘ層的情況下，選擇性將Ａ層刻??蝕，之后再通過超聲作用實現(xiàn)徹底剝離。因此，制備ＭＸｅｎｅ主要分為兩個過程，刻蝕??和剝離（圖１－３）。??ＭＡＸ?ｐｈａｓｅｓ?ａｒｅ?ｌａｙｅｒｅｄ?ｔｅｒｎａｒｙ??ｃａｒｂｉｄｅｓ，?ｎｉｔｒｉｄｅｓ，?ａｎｄ?ｃａｒｂｏｎｒｔｒｉｄｅｓ??ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ?ｏｆ?ａｎｄ?＾?ｌａｙｅｒｓ??Ｕ■■丨丨卿１＿４?，ｒｅａ＾ｅｎｔ?，??ｐｈａｓｅ??＜／｝＾ｘ?Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ?ＨＦ?ｅｔｃｈｉｎｇ?ｏｎｌｙ?ｏｆ?ｔｈｅ??ｆｒｏｍ?ｔｈ？?ＭＡＸ?ｐｈａｓｅ??Ｐｈｙｓｉｃａｌｌｙ?ｓｅｐａｒａｔｅｄ?２－Ｄ??ＭＸｅｎｅ?ｓｈｅｅｔｓ?ａｆｔｅｒ?ｓｏｎｉｃａｔｉｏｎ??／Ｗｆｅ＂ｅ?ｓｈｅｅｔｓ????????圖１－３?ＭＸｅｎｅ由ＭＡＸ相剝離得到過程示意圖Ｗｌ。??Ｆｉｇ．?１－３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｆｏｒ?ｔｈｅ?ｅｘｆｏｌｉａｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｏｆ?ＭＡＸ?ｐｈａｓｅｓ?ａｎｄ?ｆｏｒｍａｔｉｏｎ?ｏｆ?ＭＸｅｎｅｓ［１１ｌ??在這里，以Ｔｉ３Ｃ２Ｔｘ的制備為例來講述ＭＸｅｎｅ材料的制備。初期研宄人員采用的??刻蝕過程一般為如下步驟：先將ＭＡＸ相材料Ｔｉ３ＡｌＣ２加入ＨＦ溶液中，攪拌下經(jīng)過反??應后，反復水洗產(chǎn)物直至體系變?yōu)橹行�。此時，由于Ａ相被去除，ＭＡＸ相轉(zhuǎn)變?yōu)榫??有“手風琴結(jié)構”的由許多Ｍ－Ｘ層堆疊而成的多層ＭＸｅｎｅ，之后經(jīng)過超聲處理可少量??獲得ＭＸｅｎｅ片［１（）］。此時

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Three-dimensional graphene networks: synthesis,properties and applications[J]. Yanfeng Ma,Yongsheng Chen.  National Science Review. 2015(01)



本文編號：3093635