独树一帜的锰离子插层MXene MSCs

由于功率密度高、充放电速度快和体积小等特性，多功能柔性微超级电容器(MSCs)在集成微电子系统领域具有广阔的应用前景。事实上，电子设备和系统的故障是可以引起的受到邻近物体辐射的电磁干扰(EMI)微波电路或射频电路。控制电磁污染以保持正常工作电子设备显得极其重要。在MSCs中引入屏蔽功能可以节省空间在微尺度系统中，提高空间利用率和包装密度。凭借独特的物理和化学性质，如超高的本征电导率、可调的表面化学性能(多种功能团如-O、-OH和-F)以及可调的层结构，二维(2D)金属碳化物/氮化物(MXenes)有望成为超级电容器和MSCs的活性材料。除了在储能方面的应用外，MXenes在电磁屏蔽中也表现出巨大的应用潜力，被广为报道。因此，MXenes将有望应用于多功能集成系统中。

成果简介

近来，西安电子科技大学的宁静博士在国际知名期刊Nano Energy发表了题目为“Functional integrated electromagnetic shielding in flexible micro-supercapacitors by cation-intercalation typed Ti₃C₂T_x MXene”的论文。基于Mn离子插层Ti₃C₂T_x MXene （MIT），设计了一种柔性电磁屏蔽功能的MSCs，在2 mV s^-1时表现出高达87 mF cm^-2的面电容、11.8 mWh cm^-3的能量密度和44 dB的屏蔽效能。通过密度泛函理论(DFT)计算了插入的锰离子和Ti₃C₂T_x的表面基团(-F、-O、-OH)之间的相互作用，着重讨论了Mn 3d和O 2p轨道杂化将导致插入的锰离子的含量降低。这项工作为Ti₃C₂T_x MXene阳离子插入的基本机理研究提供了新的见解以及拓展多功能器件在集成微处理器领域中的应用。

图 1 MIT基MSCs的制备示意图。

图 2 MIT薄膜的形貌。

图 3 MIT的结构。

图 4 MIT基MSCs的电化学性能。

图 5 MIT基MSCs的屏蔽性能。

结 论

综上所述， 在Ti₃C₂T_x中引入高导电性的锰离子以制备一种高性能电磁屏蔽材料。文中探讨了Ti₃C₂T_x的阳离子插层机理，锰离子倾向于与界面含氧末端成键，以Mn 3d和O 2p的轨道杂化的方式结合。阳离子插层可以扩大层间距，提升Ti₃C₂T_x的电导率。Ti₃C₂T_x中引入高导电性的锰离子后，制备的MSCs表现优异的储能能力和突出的电磁干扰屏蔽效率。这项工作为电磁干扰下用于微电子领域的功能MSCs提出新的观点，对提升集成电路的稳定性和可靠性具有重要意义。

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285520302986

信息来源：MXene学术