Dans le domaine de la recherche scientifique, trouver un matériau qui combine à la fois des propriétés métalliques et céramiques est depuis longtemps un rêve pour les scientifiques. Le matériau Ti3AlC2/MXene que nous présentons aujourd’hui est précisément un matériau remarquable. Il présente non seulement une excellente conductivité électrique et une grande stabilité thermique, mais aussi une structure en couches unique, qui lui permet de se distinguer dans de nombreuses applications.
Ce matériau est largement utilisé dans des domaines de pointe tels que le stockage de l’énergie, la catalyse et les capteurs. Sa nature facilement gravable et exfoliable permet aux chercheurs d’obtenir sans effort des nanofeuillets de MXène à une ou plusieurs couches, ce qui facilite grandement les expériences.
Qu'est-ce que la phase MAX ?
La phase Phase MAX est un type de matériau céramique ternaire en couches, où M représente les éléments des métaux de transition, A les éléments des groupes principaux III et IV, et X le carbone ou l’azote. L’unité cristalline de ce matériau présente une structure hexagonale avec un groupe spatial P63/mmc, où les couches d’atomes M et les couches d’atomes A alternent, formant une structure en couches similaire à une structure hexagonale serrée, tandis que les atomes X remplissent les vides octaédriques.
M représente les éléments des métaux de transition, A représente les éléments du groupe principal et X représente les atomes de carbone ou d’azote, avec n = 1, 2, 3, d’où le nom de phase MAX. Lorsque n = 1, il s’agit de la phase 211, telle que Ti₂AlC et Ti₂SiC ; lorsque n = 2, il s’agit de la phase 312, telle que Ti₃SiC₂ et Ti₃AlC₂ ; lorsque n = 3, il s’agit de la phase 413, telle que Ti₄AlN₃. La synthèse de la phase MAX est principalement réalisée par broyage à billes du mélange de poudres brutes suivi d’un frittage à haute température.
Quelle est la propriété de Ti3AlC2 ?
- Stabilité thermique : Ti3AlC2 présente une excellente stabilité thermique, maintenant l’intégrité structurelle et les performances à haute température.
- Propriétés mécaniques : Il possède de fortes propriétés mécaniques, telles qu’une résistance et une dureté élevées, ce qui le rend approprié pour la préparation de matériaux structurels de haute performance.
- Conductivité électrique : En raison de sa structure en couches, le Ti3AlC2 présente une bonne conductivité électrique dans le sens vertical, ce qui le rend utile pour la préparation de matériaux céramiques conducteurs.
- Résistance à la corrosion : Le Ti3AlC2 présente une certaine résistance à la corrosion chimique, ce qui le rend adapté aux applications dans des environnements difficiles.
Structure du carbure de titane et d'aluminium
Le carbure de titane et d’aluminium (Ti3AlC2) appartient au système cristallin hexagonal et possède à la fois des propriétés métalliques et céramiques : il possède la conductivité électrique et thermique typique des métaux, ainsi qu’un module d’élasticité élevé et d’excellentes propriétés mécaniques à haute température similaires à celles des céramiques. En outre, il présente une bonne résistance aux chocs thermiques, une bonne tolérance aux dommages et une excellente résistance à la corrosion chimique.
Poudre de Ti3AlC2 Paramètres :
Pureté : > 99
Taille des particules : < 10 microns (peut être fournie selon les exigences du client)
Morphologie des grains : Lamellaire.
Formule moléculaire
Ti3AlC2
a (nm) :
0.3075
c (nm) :
1.8578
Densité (g/cm³)
4.5
Dureté Vickers (GPa)
2.5 ~ 3.5
Résistance à la compression (MPa)
764
Résistance à la flexion (MPa)
320 ~ 375
Résistance à la rupture (MPa-m¹/²)
6.9 ~ 9.5
Rapport de Poisson
0.2
Résistivité électrique (μΩ-m)
0.23 ~ 0.387
Module de Young (GPa)
297
Module de cisaillement (GPa)
124
Quelle est l'application de la poudre de Ti3AlC2 ?
Le carbure de titane aluminium (Ti3AlC2 et Ti2AlC) possède des capacités d’autocicatrisation à haute température en raison de la microstructure à l’interface entre l’Al₂O₃ généré et le matériau. À haute température, les fissures ou les rayures à la surface du matériau sont comblées par cet oxyde, ce qui permet au matériau de retrouver ses propriétés d’origine, en particulier ses propriétés mécaniques. Cette caractéristique est cruciale pour le maintien des performances mécaniques du matériau et l’amélioration de sa stabilité et de sa fiabilité, ce qui le rend plus prometteur pour une utilisation dans des environnements à haute température.
La diffusion rapide de l’aluminium et l’oxydation sélective à haute température permettent l’auto-soudage du matériau et la liaison entre les couches. La résistance à la rupture du matériau stratifié auto-soudé est considérablement améliorée par rapport aux matériaux monophasés.
Ces matériaux peuvent être largement utilisés comme matériaux structurels à haute température, matériaux de brossage d’électrodes, matériaux résistants à la corrosion chimique et éléments de chauffage à haute température. Ces produits sont principalement utilisés pour les revêtements à haute température, les précurseurs de MXene, les céramiques conductrices autolubrifiantes, les batteries lithium-ion, les supercondensateurs et la catalyse électrochimique.
Conditions de stockage de la poudre de Ti3AlC2 :
Conserver à température ambiante dans un environnement sec, à l’abri de la lumière et scellé avec une protection contre les rayons ultraviolets.
Pour les chercheurs, le choix du bon matériau est crucial. Des matières premières de haute qualité permettent non seulement d’améliorer le taux de réussite des expériences, mais aussi d’économiser beaucoup de temps et d’efforts.
VIMATERIAL propose différentes phases MAX et feuilles de nanoparticules de MXène, telles que Ti₃AlC₂, Ti₂AlC, Nb₂AlC, et Ti₃C₂Tx, Ti₂CTx, Nb₂CTx, V₄C₃Tx, Ti₃CN, et bien d’autres encore. En prenant Ti₃AlC₂ comme exemple, nous fournissons des nanofeuillets de MXène multicouches en forme d’accordéon (gravure HF) et en forme d’argile (gravure LiF + HCl), ainsi que des nanofeuillets de MXène monocouches (~1nm), fines couches (1-5nm), et quelques couches (1-10nm) obtenus par exfoliation ultrasonique, ainsi que des liquides de dispersion.
- Taille et épaisseur réglables : Nous pouvons fournir des nanofeuillets de MXène de différentes tailles et épaisseurs.
- Bonne hydrophilie : Grâce à ses nombreux groupes fonctionnels de surface, il présente une bonne dispersion dans les solvants aqueux.
- Bonne conductivité : Les couches alternées de carbone et de métaux de transition confèrent au MXène d’excellentes propriétés de conductivité électrique et de pseudocapacité.
- Structure bidimensionnelle en couches : Grande surface spécifique, nombreux sites réactifs en surface et excellente performance catalytique.