En el campo de la investigación científica, encontrar un material que combine propiedades metálicas y cerámicas ha sido durante mucho tiempo un sueño para los científicos. El material Ti3AlC2/MXene que presentamos hoy es precisamente una existencia tan notable. No sólo exhibe una conductividad eléctrica y una estabilidad térmica excelentes, sino que además presenta una estructura en capas única, lo que le permite destacar en numerosas aplicaciones.
Este material se utiliza ampliamente en campos punteros como el almacenamiento de energía, la catálisis y los sensores. Su naturaleza fácilmente grabable y exfoliable permite a los investigadores obtener sin esfuerzo nanohojas de MXeno de una o varias capas, lo que facilita enormemente los experimentos.
¿Qué es la fase MAX?
En Fase MAX es un tipo de material cerámico ternario en capas, donde M representa elementos de metales de transición, A se refiere a elementos de los grupos principales III y IV, y X representa carbono o nitrógeno. La unidad cristalina de este material tiene una estructura hexagonal con un grupo espacial de P63/mmc, donde se alternan capas de átomos de M y capas de átomos de A, formando una estructura en capas similar al empaquetamiento compacto hexagonal, mientras que los átomos de X rellenan los huecos octaédricos.
M representa elementos metálicos de transición, A representa elementos del grupo principal y X representa átomos de carbono o nitrógeno, con n = 1, 2, 3, por lo que se denomina fase MAX. Cuando n = 1, es la fase 211, como Ti₂AlC y Ti₂SiC; cuando n = 2, es la fase 312, como Ti₃SiC₂ y Ti₃AlC₂; cuando n = 3, se denomina fase 413, como Ti₄AlN₃. La síntesis de la fase MAX se consigue principalmente mediante la molienda con bolas de la mezcla de polvo bruto seguida de la sinterización a alta temperatura.
¿Cuál es la propiedad del Ti3AlC2?
- Estabilidad térmica: Ti3AlC2 presenta una excelente estabilidad térmica, manteniendo la integridad estructural y el rendimiento a altas temperaturas.
- Propiedades mecánicas: Posee fuertes propiedades mecánicas, como alta resistencia y dureza, lo que lo hace adecuado para la preparación de materiales estructurales de alto rendimiento.
- Conductividad eléctrica: Debido a su estructura en capas, el Ti3AlC2 tiene una buena conductividad eléctrica en la dirección vertical, lo que lo hace útil para la preparación de materiales cerámicos conductores.
- Resistencia a la corrosión: Presenta cierta resistencia a la corrosión química, lo que lo hace adecuado para aplicaciones en entornos agresivos.
Estructura del carburo de titanio y aluminio
El carburo de titanio y aluminio (Ti3AlC2) pertenece al sistema cristalino hexagonal y posee propiedades tanto metálicas como cerámicas: tiene la conductividad eléctrica y térmica típica de los metales, así como un alto módulo elástico y excelentes propiedades mecánicas a altas temperaturas similares a las de la cerámica. Además, presenta una buena resistencia al choque térmico, tolerancia a los daños y una extraordinaria resistencia a la corrosión química.
Parámetros del polvo Ti3AlC2:
Pureza: > 99
Granulometría: < 10 micras (puede suministrarse según los requisitos del cliente)
Morfología del grano: Laminar.
Fórmula molecular
Ti3AlC2
a (nm):
0.3075
c (nm):
1.8578
Densidad (g/cm³)
4.5
Dureza Vickers (GPa)
2.5 ~ 3.5
Resistencia a la compresión (MPa)
764
Resistencia a la flexión (MPa)
320 ~ 375
Resistencia a la fractura (MPa-m¹/²)
6.9 ~ 9.5
Relación de Poisson
0.2
Resistividad eléctrica (μΩ-m)
0.23 ~ 0.387
Módulo de Young (GPa)
297
Módulo de cizallamiento (GPa)
124
¿Cuál es la aplicación del polvo de Ti3AlC2?
El aluminio de carburo de titanio (Ti3AlC2 y Ti2AlC) tiene capacidades de autocuración a altas temperaturas debido a la microestructura en la interfaz entre el Al₂O₃ generado y el material. A altas temperaturas, las grietas o arañazos de la superficie del material se rellenan con este óxido, lo que permite que el material recupere sus propiedades originales, especialmente las mecánicas. Esta característica es crucial para mantener las prestaciones mecánicas del material y mejorar su estabilidad y fiabilidad, lo que lo hace más prometedor para su uso en entornos de altas temperaturas.
La rápida difusión del Al y la oxidación selectiva a altas temperaturas permiten la autosoldadura del material y la unión entre capas. La resistencia a la fractura del material autosoldado en capas mejora significativamente en comparación con los materiales monofásicos.
Estos materiales pueden utilizarse ampliamente como materiales estructurales de alta temperatura, materiales para cepillos de electrodos, materiales resistentes a la corrosión química y elementos calefactores de alta temperatura. Estos productos se utilizan principalmente para revestimientos de alta temperatura, precursores de MXene, cerámicas autolubricantes conductoras, baterías de iones de litio, supercondensadores y catálisis electroquímica.
Condiciones de almacenamiento del polvo de Ti3AlC2:
Almacenar a temperatura ambiente en un lugar seco, protegido de la luz y sellado con protección AR.
Para los investigadores, seleccionar el material adecuado es crucial. Las materias primas de alta calidad no sólo mejoran la tasa de éxito de los experimentos, sino que también ahorran mucho tiempo y esfuerzo.
VIMATERIAL ofrece varias nanohojas de fase MAX y MXene, como Ti₃AlC₂, Ti₂AlC, Nb₂AlC, y Ti₃C₂Tx, Ti₂CTx, Nb₂CTx, V₄C₃Tx, Ti₃CN, etc. Tomando el Ti₃AlC₂ como ejemplo, ofrecemos nanohojas multicapa de MXeno en forma de acordeón (grabadas con HF) y de arcilla (grabadas con LiF + HCl), así como nanohojas de MXeno de una sola capa (~1nm), de capa fina (1-5nm) y de pocas capas (1-10nm) obtenidas por exfoliación ultrasónica, junto con líquidos de dispersión.
- Tamaño y grosor ajustables: Podemos suministrar nanohojas de MXeno con varios tamaños y grosores de hoja.
- Buena hidrofilia: Con abundantes grupos funcionales superficiales, presenta buena dispersión en disolventes acuosos.
- Buena conductividad: Las capas alternas de carbono y metales de transición confieren al MXeno excelentes propiedades de conductividad eléctrica y pseudocapacitancia.
- Estructura de capas bidimensional: Gran superficie específica, numerosos sitios reactivos superficiales y excelente rendimiento catalítico.