MXene是一種二維材料,是一類具有二維層狀結構的過渡金屬碳化物、過渡金屬氮化物或者過渡金屬碳氮化物,是由MAX相處理得到的、結構類似石墨烯的新型材料。MXene于2011年在美國德雷賽爾大學(Drexel University)被研究發現,最先發現的是過渡金屬碳化物,具有良好的導電性。
可利用刻蝕液,通過侵蝕MAX相來制備MXene,含氟刻蝕液最為常用,例如氫氟酸等。MAX相産品種類多,利用MAX相可侵蝕得到多種性能不同的MXene。目前,已研發問世的MXene主要有Ti3C2Tx、Ti2CTx、Nb2CTx、Mo2CTx、Ti4N3Tx、Ta4C3Tx、Cr2TiC2Tx、V2CTx、Zr3C2Tx、(Nb0.8Zr0.2)4C3Tx等。其中,Ti3C2Tx最早被研發問世,且現階段研究最多。
根據新思界産業研究中心發布的《2022-2026年MXene行業深度市場調研及投資策略建議報告》顯示,MXene具有二維材料的典型特征,其導電性優、潤滑性好,以其為原料,可以開發膜材、纖維、氣凝膠、水凝膠等多種産品形态,也可以與高分子聚合物配合使用,制備多功能複合材料。MXene可以廣泛應用在光熱轉化、場效應晶體管、拓撲絕緣體、傳感器、儲能、電磁屏蔽、催化、潤滑等多個領域,因此其研發受到關注。
在電池領域,由于MXene可提供更多通道,可大幅提升離子運動速度,因此導電性優,可取代傳統導電材料銅、鋁使用。以MXene為材料制成的電池應用在智能手機領域,可加快手機充電速度,縮短手機充電時間。未來随着技術研究日益成熟,MXene電池還可以應用到新能源汽車領域,縮短動力電池的充電時間,推動新能源汽車市場普及率提升。
MXene在美國被研發問世,自2011年以來,我國對MXene的研究熱情高漲,現階段在我國多個地區均有高校或者科研機構進行MXene研究。我國研究MXene的高校與科研機構有五十多所,主要有中科院大連化物所、中科院金屬所、中科院甯波材料所、哈爾濱工程大學、大連理工大學、山東大學、北京航空航天大學、北京大學、清華大學、南開大學、河南理工大學、華中科技大學、華南理工大學、四川大學、複旦大學等。
新思界行業分析人士表示,我國半導體、傳感器、電子、新能源汽車等産業發展迅速,技術不斷升級,市場對高性能材料的需求不斷增長,二維材料憑借優異性能受到關注,MXene作為新型二維材料,研究持續深入。我國MXene研究成果不斷增多,新型的、性能更優的MXene産品陸續問世,未來随着MXene技術日益成熟,能夠率先實現研究結果産業化轉化的企業将具有先發優勢。
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