Ein Material zu finden, das sowohl metallische als auch keramische Eigenschaften vereint, ist für Wissenschaftler schon lange ein Traum. Das Ti3AlC2/MXen-Material, das wir heute vorstellen, ist genau so ein bemerkenswertes Exemplar. Es weist nicht nur eine hervorragende elektrische Leitfähigkeit und thermische Stabilität auf, sondern zeichnet sich auch durch eine einzigartige Schichtstruktur aus, die es ermöglicht, sich in zahlreichen Anwendungen auszuzeichnen.
Dieses Material wird in hochmodernen Bereichen wie der Energiespeicherung, Katalyse und Sensorik eingesetzt. Da es sich leicht ätzen und abblättern lässt, können Forscher mühelos ein- oder mehrschichtige MXen-Nanoblätter herstellen, was die Experimente erheblich erleichtert.
Was ist die MAX-Phase?
Die MAX-Phase ist eine Art ternäres keramisches Schichtmaterial, wobei M für Übergangsmetallelemente, A für Elemente der III. und IV. Hauptgruppe und X für Kohlenstoff oder Stickstoff steht. Die Kristalleinheit dieses Materials hat eine hexagonale Struktur mit der Raumgruppe P63/mmc, wobei sich M-Atomschichten und A-Atomschichten abwechseln und eine Schichtstruktur bilden, die einer hexagonalen dichten Packung ähnelt, während die X-Atome die oktaedrischen Hohlräume ausfüllen.
M steht für Übergangsmetallelemente, A für Hauptgruppenelemente und X für Kohlenstoff- oder Stickstoffatome, wobei n = 1, 2, 3 ist, weshalb sie auch als MAX-Phase bezeichnet wird. Wenn n = 1 ist, handelt es sich um die 211-Phase, wie Ti₂AlC und Ti₂SiC; wenn n = 2 ist, handelt es sich um die 312-Phase, wie Ti₃SiC₂ und Ti₃AlC₂; wenn n = 3 ist, wird sie als 413-Phase bezeichnet, wie Ti₄AlN₃. Die MAX-Phasensynthese wird hauptsächlich durch Kugelmahlen der Rohpulvermischung und anschließendes Hochtemperatursintern erreicht.
Was ist die Eigenschaft von Ti3AlC2?
- Thermische Stabilität: Ti3AlC2 weist eine ausgezeichnete thermische Stabilität auf und behält seine strukturelle Integrität und Leistung auch bei hohen Temperaturen bei.
- Mechanische Eigenschaften: Es verfügt über starke mechanische Eigenschaften wie hohe Festigkeit und Härte, wodurch es sich für die Herstellung von Hochleistungs-Strukturmaterialien eignet.
- Elektrische Leitfähigkeit: Aufgrund seiner Schichtstruktur hat Ti3AlC2 eine gute elektrische Leitfähigkeit in vertikaler Richtung, was es für die Herstellung von leitfähigen keramischen Materialien geeignet macht.
- Korrosionsbeständigkeit: Es weist eine gewisse Beständigkeit gegen chemische Korrosion auf und eignet sich daher für Anwendungen in rauen Umgebungen.
Struktur von Titan-Aluminium-Karbid
Titan-Aluminium-Karbid (Ti3AlC2) gehört zum hexagonalen Kristallsystem und besitzt sowohl metallische als auch keramische Eigenschaften: Es verfügt über die für Metalle typische elektrische und thermische Leitfähigkeit sowie über einen hohen Elastizitätsmodul und hervorragende mechanische Eigenschaften bei hohen Temperaturen, die denen von Keramiken ähneln. Darüber hinaus verfügt es über eine gute Temperaturwechselbeständigkeit, Schadenstoleranz und eine hervorragende chemische Korrosionsbeständigkeit.
Ti3AlC2-Pulver Parameter:
Reinheit: > 99%
Partikelgröße: < 10 Mikrometer (kann je nach Kundenwunsch geliefert werden)
Morphologie der Körner: Lamellar.
Molekulare Formel
Ti3AlC2
a (nm):
0.3075
c (nm):
1.8578
Dichte (g/cm³)
4.5
Vickers-Härte (GPa)
2.5 ~ 3.5
Druckfestigkeit (MPa)
764
Biegefestigkeit (MPa)
320 ~ 375
Bruchzähigkeit (MPa-m¹/²)
6.9 ~ 9.5
Querkontraktionszahl
0.2
Elektrischer spezifischer Widerstand (μΩ-m)
0.23 ~ 0.387
Elastizitätsmodul (GPa)
297
Schermodus (GPa)
124
Wofür wird Ti3AlC2-Pulver verwendet?
Aluminium aus Titankarbid (Ti3AlC2 und Ti2AlC) besitzt aufgrund der Mikrostruktur an der Grenzfläche zwischen dem erzeugten Al₂O₃ und dem Material Hochtemperatur-Selbstheilungsfähigkeiten. Bei hohen Temperaturen werden Risse oder Kratzer auf der Materialoberfläche durch dieses Oxid aufgefüllt, so dass das Material seine ursprünglichen Eigenschaften, insbesondere die mechanischen Eigenschaften, wiedererlangen kann. Diese Eigenschaft ist entscheidend für die Aufrechterhaltung der mechanischen Leistung des Materials und die Verbesserung seiner Stabilität und Zuverlässigkeit, was es für den Einsatz in Hochtemperaturumgebungen vielversprechend macht.
Die schnelle Diffusion von Al und die selektive Oxidation bei hohen Temperaturen ermöglichen die Selbstverschweißung des Materials und das Verbinden zwischen den Schichten. Die Bruchzähigkeit des selbstgeschweißten Schichtmaterials ist im Vergleich zu einphasigen Materialien deutlich verbessert.
Solche Werkstoffe können in großem Umfang als Hochtemperatur-Strukturwerkstoffe, Elektrodenbürstenwerkstoffe, chemisch korrosionsbeständige Werkstoffe und Hochtemperatur-Heizelemente verwendet werden. Diese Produkte werden hauptsächlich für Hochtemperaturbeschichtungen, MXen-Vorstufen, leitfähige selbstschmierende Keramiken, Lithium-Ionen-Batterien, Superkondensatoren und elektrochemische Katalysatoren verwendet.
Lagerungsbedingungen für Ti3AlC2-Pulver:
Bei Raumtemperatur in einer trockenen, lichtgeschützten und verschlossenen Umgebung mit AR-Schutz lagern.
Für Forscher ist die Auswahl des richtigen Materials entscheidend. Hochwertige Rohstoffe verbessern nicht nur die Erfolgsquote von Experimenten, sondern sparen auch viel Zeit und Mühe.
VIMATERIAL bietet verschiedene MAX-Phasen- und MXen-Nanoblätter wie Ti₃AlC₂, Ti₂AlC, Nb₂AlC und Ti₃C₂Tx, Ti₂CTx, Nb₂CTx, V₄C₃Tx, Ti₃CN und mehr. Am Beispiel von Ti₃AlC₂ bieten wir mehrschichtige MXen-Nanoblätter in akkordeonartiger (HF-geätzter) und tonartiger (LiF + HCl-geätzter) Form sowie einschichtige (~1nm), dünnschichtige (1-5nm) und wenigschichtige (1-10nm) MXen-Nanoblätter, die durch Ultraschallexfoliation gewonnen werden, zusammen mit Dispersionsflüssigkeiten.
- Größe und Dicke sind einstellbar: Wir können MXen-Nanoblätter in verschiedenen Größen und Dicken anbieten.
- Gute Hydrophilie: Aufgrund der zahlreichen funktionellen Oberflächengruppen lässt es sich gut in wässrigen Lösungsmitteln dispergieren.
- Gute Leitfähigkeit: Die abwechselnden Schichten aus Kohlenstoff und Übergangsmetallen verleihen MXen eine ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit und Pseudokapazitätseigenschaften.
- Zweidimensionale, geschichtete Struktur: Große spezifische Oberfläche, zahlreiche reaktive Oberflächenstellen und ausgezeichnete katalytische Leistung.