Nel campo della ricerca scientifica, trovare un materiale che combini le proprietà metalliche e ceramiche è stato a lungo un sogno per gli scienziati. Il materiale Ti3AlC2/MXene che presentiamo oggi è proprio un’esistenza così notevole. Non solo presenta un’eccellente conduttività elettrica e stabilità termica, ma presenta anche un’esclusiva struttura a strati, 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 senza sforzo nanofogli di MXene a strato singolo o a pochi strati, facilitando notevolmente gli esperimenti.
Che cos'è la fase MAX?
La fase MAX è un tipo di materiale ceramico stratificato ternario, dove M rappresenta gli elementi dei metalli di transizione, A si riferisce agli elementi dei gruppi principali III e IV e X sta per carbonio o azoto. L’unità cristallina di questo materiale ha una struttura esagonale con un gruppo spaziale di P63/mmc, dove gli strati dell’atomo M e gli strati dell’atomo A si alternano, formando una struttura stratificata simile all’impacchettamento esagonale ravvicinato, mentre gli atomi X riempiono i vuoti ottaedrici.
M rappresenta gli elementi dei metalli di transizione, A rappresenta gli elementi del gruppo principale e X rappresenta gli atomi di carbonio o di azoto, con n = 1, 2, 3, quindi viene definita fase MAX. Quando n = 1, è la fase 211, come Ti₂AlC e Ti₂SiC; quando n = 2, è la fase 312, come Ti₃SiC₂ e Ti₃AlC₂; quando n = 3, si fa riferimento alla fase 413, come Ti₄AlN₃. La sintesi della fase MAX si ottiene principalmente mediante macinazione a sfere della miscela di polvere grezza seguita da sinterizzazione ad alta temperatura.
Qual è la proprietà di Ti3AlC2?
- Stabilità termica: Ti3AlC2 mostra un’eccellente stabilità termica, mantenendo l’integrità strutturale e le prestazioni alle alte temperature.
- Proprietà meccaniche: Ha forti proprietà meccaniche, come elevata resistenza e durezza, che lo rendono adatto alla preparazione di materiali strutturali ad alte prestazioni.
- Conducibilità elettrica: Grazie alla sua struttura stratificata, Ti3AlC2 ha una buona conduttività elettrica in direzione verticale, che lo rende utile per la preparazione di materiali ceramici conduttivi.
- Resistenza alla corrosione: ha una certa resistenza alla corrosione chimica, che lo rende adatto per applicazioni in ambienti difficili.
Struttura in 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, oltre all’elevato modulo elastico e alle ottime proprietà meccaniche alle alte temperature simili alla ceramica. Inoltre, ha una buona resistenza agli shock termici, 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 alle esigenze del cliente)
Morfologia del grano: 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
Tenacità 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?
L’alluminio carburo di titanio (Ti3AlC2 e Ti2AlC) ha capacità di autoguarigione ad alta temperatura grazie alla microstruttura all’interfaccia tra l’Al₂O₃ generato e il materiale. Ad alte temperature, crepe o graffi sulla superficie del materiale vengono riempiti da questo ossido, consentendo al materiale di ripristinare le sue proprietà originali, in particolare le proprietà 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 e l’incollaggio del materiale tra gli strati. La tenacità alla frattura del materiale stratificato autosaldato è notevolmente migliorata rispetto ai materiali monofase.
Tali materiali possono essere ampiamente utilizzati come materiali strutturali ad alta temperatura, materiali per spazzole di elettrodi, materiali resistenti alla corrosione chimica ed elementi riscaldanti ad alta temperatura. Questi prodotti sono utilizzati principalmente per rivestimenti ad alta temperatura, precursori 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 selezione del materiale giusto è fondamentale. Le materie prime di alta qualità non solo migliorano il tasso di successo degli esperimenti, ma consentono anche di risparmiare molto tempo e fatica.
VIMATERIAL offre vari nanofogli di fase MAX e MXene, come Ti₃AlC₂, Ti₂AlC, Nb₂AlC e Ti₃C₂Tx, Ti₂CTx, Nb₂CTx, V₄C₃Tx, Ti₃CN e altri. Prendendo come esempio il Ti₃AlC₂, forniamo nanofogli MXene multistrato in forme a fisarmonica (HF-etcched) e clay-like (LiF + HCl-etched), nonché nanofogli MXene a strato singolo (~1nm), strato sottile (1-5nm) e a pochi strati (1-10nm) ottenuti attraverso l’esfoliazione ultrasonica, insieme a liquidi di dispersione.
- Dimensioni e spessore regolabili: Siamo in grado di fornire nanofogli MXene con varie dimensioni e spessori di fogli.
- Buona idrofilia: Con abbondanti gruppi funzionali superficiali, mostra una buona dispersione in solventi acquosi.
- Buona conduttività: gli strati alternati di carbonio e metalli di transizione conferiscono un’eccellente conducibilità elettrica e proprietà di pseudocapacità a MXene.
- Struttura stratificata bidimensionale: ampia superficie specifica, numerosi siti reattivi alla superficie ed eccellenti prestazioni catalitiche.