Dans le domaine de la recherche scientifique, trouver un matériau qui combine à la fois des propriétés métalliques et céramiques est un rêve de longue date pour les scientifiques. Le matériau Ti3AlC2/MXene que nous présentons aujourd’hui est précisément une existence remarquable. Il présente non seulement une excellente conductivité électrique et une stabilité thermique, mais aussi une structure en couches unique, ce qui lui permet de se démarquer dans de nombreuses applications.
Ce matériau est largement utilisé dans des domaines de pointe tels que le stockage d’énergie, la catalyse et les capteurs. Sa nature facilement gravée et exfoliable permet aux chercheurs d’obtenir sans effort des nanofeuilles de MXène à une ou plusieurs couches, ce qui facilite grandement les expériences.
Qu’est-ce que la phase MAX ?
La phase MAX est un type de matériau céramique ternaire en couches, où M représente les éléments métalliques de transition, A fait référence aux éléments des groupes principaux III et IV, et X représente le carbone ou l’azote. L’unité cristalline de ce matériau a une structure hexagonale avec un groupe d’espace de P63/mmc, où alternent les couches d’atomes M et les couches d’atomes A, formant une structure en couches similaire à un empilement hexagonal serré, tandis que les atomes X remplissent les vides octaédriques.
M représente les éléments métalliques 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 son 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, comme Ti₃SiC₂ et Ti₃AlC₂ ; lorsque n = 3, on parle de phase 413, comme Ti₄AlN₃. La synthèse de phase MAX est principalement réalisée par broyage à billes du mélange de poudre brute, suivi d’un frittage à haute température.
Quelle est la propriété de Ti3AlC2 ?
- Stabilité thermique : Le 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 adapté à la préparation de matériaux structurels haute performance.
- Conductivité électrique : En raison de sa structure en couches, le Ti3AlC2 a une bonne conductivité électrique dans le sens vertical, ce qui le rend utile pour la préparation de matériaux céramiques conducteurs.
- Résistance à la corrosion : Il a une certaine résistance à la corrosion chimique, ce qui le rend adapté aux applications dans des environnements difficiles.
Structure en carbure de titane et d’aluminium
Le carbure de titane et d’aluminium (Ti3AlC2) appartient au système cristallin hexagonal et possède des propriétés métalliques et céramiques : il a 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 de la céramique. De plus, il a une bonne résistance aux chocs thermiques, une tolérance aux dommages et une résistance exceptionnelle à la corrosion chimique.
Paramètres de la poudre Ti3AlC2 :
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
Coefficient 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 Ti3AlC2 ?
Le carbure de titane d’aluminium (Ti3AlC2 et Ti2AlC) a des capacités d’auto-guérison 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 remplies par cet oxyde, ce qui permet au matériau de restaurer ses propriétés d’origine, notamment ses propriétés mécaniques. Cette caractéristique est cruciale pour maintenir les performances mécaniques du matériau et améliorer sa stabilité et sa fiabilité, ce qui le rend plus prometteur pour une utilisation dans des environnements à haute température.
La diffusion rapide de l’Al et l’oxydation sélective à haute température permettent l’auto-soudage du matériau et le collage entre les couches. La résistance à la rupture du matériau stratifié auto-soudé est nettement améliorée par rapport aux matériaux monophasés.
Ces matériaux peuvent être largement utilisés comme matériaux structurels à haute température, matériaux de brosses d’électrodes, matériaux résistants à la corrosion chimique et éléments chauffants 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, protégé de la lumière et scellé avec une protection AR.
Pour les chercheurs, le choix du bon matériau est crucial. Des matières premières de haute qualité améliorent non seulement le taux de réussite des expériences, mais permettent également d’économiser beaucoup de temps et d’efforts.
VIMATERIAL propose diverses nanofeuilles de phase MAX et MXene, telles que Ti₃AlC₂, Ti₂AlC, Nb₂AlC, Ti₃C₂Tx, Ti₂CTx, Nb₂�CTx, V₄C₃Tx, Ti₃CN, etc. En prenant l’exemple de Ti₃AlC₂, nous fournissons des nanofeuilles MXene multicouches sous des formes en accordéon (découpées HF) et argileuses (LiF + HCl-gravées), ainsi que des nanofeuilles MXene monocouches (~1 nm), en couches minces (1-5 nm) et à quelques couches (1-10 nm) obtenues par exfoliation par ultrasons, ainsi que des liquides de dispersion.
- Taille et épaisseur réglables : Nous pouvons fournir des nanofeuilles MXene de différentes tailles et épaisseurs de feuilles.
- Bonne hydrophilie : Avec des groupes fonctionnels de surface abondants, il présente une bonne dispersion dans les solvants aqueux.
- Bonne conductivité : Les couches alternées de carbone et de métaux de transition confèrent à MXène d’excellentes propriétés de conductivité électrique et de pseudocapacité.
- Structure en couches bidimensionnelle : grande surface spécifique, nombreux sites réactifs en surface et excellentes performances catalytiques.
