Nel campo della ricerca scientifica, trovare un materiale che combini proprietà metalliche e ceramiche è stato a lungo un sogno per gli scienziati. Il materiale Ti3AlC2/MXene che presentiamo oggi è proprio un’esistenza straordinaria. Non solo presenta un’eccellente conduttività elettrica e stabilità termica, ma è anche caratterizzato da una struttura stratificata unica, che gli consente di distinguersi in numerose applicazioni.
Questo materiale è ampiamente utilizzato in campi all’avanguardia come l’accumulo di energia, la catalisi e i sensori. La sua natura facilmente incidibile ed esfoliabile consente ai ricercatori di ottenere facilmente nanoschede di MXene a uno o pochi strati, facilitando notevolmente gli esperimenti.
Che cos'è la fase MAX?
La Fase MAX è un tipo di materiale ceramico ternario stratificato, dove M rappresenta elementi metallici di transizione, A si riferisce a elementi del III e IV gruppo principale e X sta per carbonio o azoto. L’unità cristallina di questo materiale ha una struttura esagonale con un gruppo spaziale P63/mmc, dove gli strati di atomi di M e di A si alternano, formando una struttura stratificata simile all’impacchettamento esagonale ravvicinato, mentre gli atomi di X riempiono i vuoti ottaedrici.
M rappresenta gli elementi metallici di transizione, A gli elementi del gruppo principale e X gli atomi di carbonio o azoto, con n = 1, 2, 3, da cui la fase MAX. Quando n = 1, si tratta della fase 211, come Ti₂AlC e Ti₂SiC; quando n = 2, si tratta della fase 312, come Ti₃SiC₂ e Ti₃AlC₂; quando n = 3, si parla di fase 413, come Ti₄AlN₃. La sintesi della fase MAX si ottiene principalmente mediante macinazione a sfere della miscela di polveri grezze, seguita da sinterizzazione ad alta temperatura.
Qual è la proprietà di Ti3AlC2?
- Stabilità termica: Il Ti3AlC2 presenta un’eccellente stabilità termica, mantenendo l’integrità strutturale e le prestazioni alle alte temperature.
- Proprietà meccaniche: Ha forti proprietà meccaniche, come l’alta resistenza e la durezza, che lo rendono adatto alla preparazione di materiali strutturali ad alte prestazioni.
- Conducibilità elettrica: Grazie alla sua struttura stratificata, il Ti3AlC2 ha una buona conducibilità elettrica in direzione verticale, che lo rende utile per la preparazione di materiali ceramici conduttivi.
- Resistenza alla corrosione: Presenta una certa resistenza alla corrosione chimica, che lo rende adatto ad applicazioni in ambienti difficili.
Struttura del carburo di titanio e alluminio
Il carburo di titanio e alluminio (Ti3AlC2) appartiene al sistema cristallino esagonale e possiede proprietà sia metalliche che ceramiche: ha la conducibilità elettrica e termica tipica dei metalli, nonché un elevato modulo elastico ed eccellenti proprietà meccaniche ad alta temperatura simili a quelle delle ceramiche. Inoltre, presenta una buona resistenza agli shock termici, una tolleranza ai danni e un’eccezionale resistenza alla corrosione chimica.
Parametri della polvere Ti3AlC2:
Purezza: > 99%
Dimensione delle particelle: < 10 micron (può essere fornita in base ai requisiti del cliente)
Morfologia dei grani: Lamellare.
Formula molecolare
Ti3AlC2
a (nm):
0.3075
c (nm):
1.8578
Densità (g/cm³)
4.5
Durezza Vickers (GPa)
2.5 ~ 3.5
Resistenza alla compressione (MPa)
764
Resistenza alla flessione (MPa)
320 ~ 375
Durezza alla frattura (MPa-m¹/²)
6.9 ~ 9.5
Rapporto di Poisson
0.2
Resistività elettrica (μΩ-m)
0.23 ~ 0.387
Modulo di Young (GPa)
297
Modulo di taglio (GPa)
124
Qual è l'applicazione della polvere di Ti3AlC2?
Il carburo di titanio e alluminio (Ti3AlC2 e Ti2AlC) ha capacità di autorigenerazione ad alta temperatura grazie alla microstruttura all’interfaccia tra l’Al₂O₃ generato e il materiale. Ad alte temperature, le crepe o i graffi sulla superficie del materiale vengono riempiti da questo ossido, consentendo al materiale di ripristinare le sue proprietà originali, in particolare quelle meccaniche. Questa caratteristica è fondamentale per mantenere le prestazioni meccaniche del materiale e migliorarne la stabilità e l’affidabilità, rendendolo più promettente per l’uso in ambienti ad alta temperatura.
La rapida diffusione dell’Al e l’ossidazione selettiva ad alte temperature consentono l’autosaldatura del materiale e l’incollaggio tra gli strati. La tenacità alla frattura del materiale stratificato autosaldato è notevolmente migliorata rispetto ai materiali monofase.
Questi materiali possono essere ampiamente utilizzati come materiali strutturali ad alta temperatura, materiali per spazzole di elettrodi, materiali resistenti alla corrosione chimica ed elementi di riscaldamento ad alta temperatura. Questi prodotti sono utilizzati principalmente per rivestimenti ad alta temperatura, precursori di MXene, ceramiche conduttive autolubrificanti, batterie agli ioni di litio, supercondensatori e catalisi elettrochimica.
Condizioni di conservazione della polvere di Ti3AlC2:
Conservare a temperatura ambiente in un ambiente asciutto, protetto dalla luce e sigillato con protezione AR.
Per i ricercatori, la scelta del materiale giusto è fondamentale. Materie prime di alta qualità non solo migliorano la percentuale di successo degli esperimenti, ma fanno anche risparmiare molto tempo e fatica.
VIMATERIAL offre diversi nanosheet in fase MAX e MXene, come Ti₃AlC₂, Ti₂AlC, Nb₂AlC, Ti₃C₂Tx, Ti₂CTx, Nb₂CTx, V₄C₃Tx, Ti₃CN e altri. Prendendo come esempio il Ti₃AlC₂, forniamo nanoschede multistrato di MXene in forme simili a fisarmoniche (incise con HF) e argillose (incise con LiF + HCl), nonché nanoschede di MXene a singolo strato (~1nm), a strato sottile (1-5nm) e a pochi strati (1-10nm) ottenute mediante esfoliazione a ultrasuoni, insieme a liquidi di dispersione.
- Dimensioni e spessore regolabili: Possiamo fornire nanosheets di MXene di varie dimensioni e spessori.
- Buona idrofilia: Grazie all’abbondanza di gruppi funzionali superficiali, mostra una buona dispersione nei solventi acquosi.
- Buona conduttività: Gli strati alternati di carbonio e metalli di transizione conferiscono all’MXene eccellenti proprietà di conducibilità elettrica e pseudocapacità.
- Struttura bidimensionale a strati: Grande area superficiale specifica, numerosi siti reattivi superficiali ed eccellenti prestazioni catalitiche.