一種功能性超薄MXene薄膜的界面組裝
發(fā)布時(shí)間：2021-07-24 13:56:02 人氣：1441
一、文章概述
MXenes是一個(gè)突出的雙維材料家族，因?yàn)樗鼈兊慕饘匐妼?dǎo)性和豐富的表面功能。雖然二烯作為大塊粒子得到了廣泛的研究或獨(dú)立薄膜、薄膜和光學(xué)、光電、傳感和其他應(yīng)用所需要的透明薄膜。在這項(xiàng)研究中，作者給我們演示了一種通過(guò)界面組裝技術(shù)制造超薄薄膜(～10nm)、Ti3C2TxMXene薄膜的簡(jiǎn)便方法。MXene薄片的自組裝行為導(dǎo)致了薄膜具有高堆疊順序和強(qiáng)平面粘附性，其中10nm厚度的最佳薄膜顯示出310Ω/□的低薄片電阻。利用表面張力，薄膜轉(zhuǎn)移到各種類(lèi)型的平面和彎曲基底上。此外，多個(gè)薄膜從一批溶液中連續(xù)轉(zhuǎn)移到基底上，顯示了該材料的有效利用。當(dāng)薄膜被用作氣體傳感通道時(shí)，觀察到高達(dá)320的信噪比。其中，由MXene的小薄片組裝而成的薄膜的氣體響應(yīng)是由大的薄片組裝而成薄片的10倍。
二、圖文導(dǎo)讀
圖1.制造超薄（納米級(jí)）MXene薄膜的界面自組裝示意圖。
圖2.Ti3C2的大面積（6×6cm2）傳輸?shù)絇ET基底上的數(shù)字圖像。
在文中，作者提出層間距離小可能是兩個(gè)原因：第一，它可以源于高度有序的疊加和良好的平面粘附性，這是已知的可以減小層間間距二維層壓板；第二，MXene夾層中未溶解的乙酸乙酯分子在真空退火過(guò)程中可能比水蒸發(fā)更容易，允許在MXene層之間有比單層水更小的層間間距。為了進(jìn)一步研究薄膜的堆積方向和均勻性，進(jìn)行了原子力顯微鏡(AFM)測(cè)量。圖e顯示薄膜的區(qū)域，薄片均勻地堆疊，形成階梯形態(tài)。
圖3 .浮動(dòng)MXene薄膜通過(guò)靜態(tài)轉(zhuǎn)移到圓柱形基底示意圖。
使用靜態(tài)轉(zhuǎn)移和動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)移方法將MXene薄膜轉(zhuǎn)移到彎曲基板上的說(shuō)明。為了進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，設(shè)計(jì)了兩種不同的傳輸方法，即靜態(tài)轉(zhuǎn)換和動(dòng)態(tài)傳輸。靜態(tài)轉(zhuǎn)移是一種典型的、直接的方法，表面的浮膜垂直轉(zhuǎn)移到基底上。在該轉(zhuǎn)移方法中，浮膜的精確面積部分對(duì)應(yīng)于目標(biāo)基板的面積。
圖4.Ti3C2Tx的高分辨率TEM圖像。
使用這種轉(zhuǎn)移方法，我們能夠?qū)Xene薄膜轉(zhuǎn)移到各種不同的基底上。使用靜態(tài)轉(zhuǎn)移方法將Ti3C2薄膜轉(zhuǎn)移到平面基質(zhì)上，如SiO2/Si晶片、玻璃、PET等。由于在這種方法轉(zhuǎn)移之前，薄片已經(jīng)在水界面上組裝成薄膜，與傳統(tǒng)方法相比，基底的預(yù)處理并不重要，基底的性能（親水性、粗糙度等）在獲得均勻薄膜中發(fā)揮著重要作用。
圖5.用單批MXene溶液制備多個(gè)MXene薄膜的迭代工藝說(shuō)明圖。
MXene薄膜從完全覆蓋的表面轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基底導(dǎo)致部分面積覆蓋的浮動(dòng)MXene薄膜。然后，加入幾滴乙酸乙酯在未覆蓋區(qū)域，用新的MXene薄片恢復(fù)自組裝過(guò)程。在進(jìn)一步的迭代中，沒(méi)有進(jìn)一步添加鹽酸，以盡量減少M(fèi)Xene薄片的聚集。
三、全文總結(jié)
將組裝好的薄膜轉(zhuǎn)移到各種基底上，包括將曲率半徑降至1mm的曲面。同時(shí)還證明了該材料的高效利用，即按順序組裝多個(gè)MXene薄膜，并從單批溶液濃度為0.1mg/mL的MXene溶液中反復(fù)轉(zhuǎn)移多個(gè)MXene薄膜。這些薄膜進(jìn)一步被用作氣體傳感器，以顯示其在薄膜器件中的出色性能。作者期望這種方法適用于Ti3C2以外的其他薄膜，并允許在復(fù)雜表面上制造薄膜用于各種應(yīng)用。
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