一种功能性超薄MXene薄膜的界面组装

一、文章概述

MXenes是一个突出的双维材料家族，因为它们的金属电导性和丰富的表面功能。虽然二烯作为大块粒子得到了广泛的研究或独立薄膜、薄膜和光学、光电、传感和其他应用所需要的透明薄膜。在这项研究中，作者给我们演示了一种通过界面组装技术制造超薄薄膜(∼10nm)、Ti3C2TxMXene薄膜的简便方法。MXene薄片的自组装行为导致了薄膜具有高堆叠顺序和强平面粘附性，其中10nm厚度的最佳薄膜显示出310Ω/□的低薄片电阻。利用表面张力，薄膜转移到各种类型的平面和弯曲基底上。此外，多个薄膜从一批溶液中连续转移到基底上，显示了该材料的有效利用。当薄膜被用作气体传感通道时，观察到高达320的信噪比。其中，由MXene的小薄片组装而成的薄膜的气体响应是由大的薄片组装而成薄片的10倍。

二、图文导读

图1.制造超薄（纳米级）MXene薄膜的界面自组装示意图。

图2.Ti3C2的大面积（6×6cm2）传输到PET基底上的数字图像。

在文中，作者提出层间距离小可能是两个原因：第一，它可以源于高度有序的叠加和良好的平面粘附性，这是已知的可以减小层间间距二维层压板；第二，MXene夹层中未溶解的乙酸乙酯分子在真空退火过程中可能比水蒸发更容易，允许在MXene层之间有比单层水更小的层间间距。为了进一步研究薄膜的堆积方向和均匀性，进行了原子力显微镜(AFM)测量。图e显示薄膜的区域，薄片均匀地堆叠，形成阶梯形态。

图3 .浮动MXene薄膜通过静态转移到圆柱形基底示意图。

使用静态转移和动态转移方法将MXene薄膜转移到弯曲基板上的说明。为了进一步开发，设计了两种不同的传输方法，即静态转换和动态传输。静态转移是一种典型的、直接的方法，表面的浮膜垂直转移到基底上。在该转移方法中，浮膜的精确面积部分对应于目标基板的面积。

图4.Ti3C2Tx的高分辨率TEM图像。

使用这种转移方法，我们能够将MXene薄膜转移到各种不同的基底上。使用静态转移方法将Ti3C2薄膜转移到平面基质上，如SiO2/Si晶片、玻璃、PET等。由于在这种方法转移之前，薄片已经在水界面上组装成薄膜，与传统方法相比，基底的预处理并不重要，基底的性能（亲水性、粗糙度等）在获得均匀薄膜中发挥着重要作用。

图5.用单批MXene溶液制备多个MXene薄膜的迭代工艺说明图。

MXene薄膜从完全覆盖的表面转移到目标基底导致部分面积覆盖的浮动MXene薄膜。然后，加入几滴乙酸乙酯在未覆盖区域，用新的MXene薄片恢复自组装过程。在进一步的迭代中，没有进一步添加盐酸，以尽量减少MXene薄片的聚集。

三、全文总结

将组装好的薄膜转移到各种基底上，包括将曲率半径降至1mm的曲面。同时还证明了该材料的高效利用，即按顺序组装多个MXene薄膜，并从单批溶液浓度为0.1mg/mL的MXene溶液中反复转移多个MXene薄膜。这些薄膜进一步被用作气体传感器，以显示其在薄膜器件中的出色性能。作者期望这种方法适用于Ti3C2以外的其他薄膜，并允许在复杂表面上制造薄膜用于各种应用。

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