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具有遗传特性二维Ti3C2烯及其复合材料的制备和性能研究

批准号:
51772020
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
李世波
依托单位:
学科分类:
无机非金属基复合材料
结题年份:
2021
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
李翠伟、胡树郡、李浩林、姜吉鹏、张京、刘杰

项目摘要

结项摘要

项目成果

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中文摘要
Ti3C2烯是一种新型“类石墨烯”二维材料,它具有高比表面积、优异的力学、电学、催化等性能而备受关注。尤其是Ti3C2烯具有金属特性,它作为增强相可与Cu等金属形成强结合界面(这种界面是石墨烯与金属因存在润湿性差而无法获得的),有望得到综合性能优良的新型Ti3C2烯增强金属基复合材料。本项目在优化工艺的基础上,批量获得Ti3C2烯粉体;率先开展新型Ti3C2烯增强Cu或Al金属基复合材料。重点研究Ti3C2烯表面官能团的脱附和Ti3C2烯热力学稳定性、Ti3C2烯与金属的润湿性和相容性、以及Ti3C2烯在金属基体中的分布均匀性等关键科学问题;研究复合材料的力学性能、电性能以及摩擦学性能;确定Ti3C2烯与金属基体的界面关系,阐明新型复合材料的“工艺-结构-性能”关系,揭示Ti3C2烯增强金属基复合材料的相关机制。该项目能取得创新性成果,有助于提高我国在MXene新材料领域的国际竞争力。
英文摘要
Ti3C2-MXene is a new type of graphene-like and two-dimensional material. It has attracted much attention due to its high specific surface areas, excellent mechanical,electrical and catalytic properties. Ti3C2-MXene has metallic characters so it can form a strong bonding interface with metals at sintering temperatures. The strong bonding interface, being impossibly achieved in graphene/metal composites due to the poor wettability between graphene and metals, will endow Ti3C2-reinforced metal matrix composites with enhanced properties. In this project, Ti3C2-MXene will be prepared in a large scale in lab after the optimization of synthesis conditions, and then new Ti3C2/Cu or Ti3C2/Al metal matrix composites will be fabricated. The research will focus on the detachment of functional groups in the Ti3C2-MXene, the thermal stability of Ti3C2-MXene at high temperatures, the wettability and compatibility of Ti3C2-MXene with metals at sintering temperatures, and the homogeneous distribution of Ti3C2-MXene in composites. Furthermore, mechanical properties, electrical conductivity and wear behavior of Ti3C2/Cu or Ti3C2/Al composites will be investigated. At last, interfaces between Ti3C2 and metals are to be determined, a relationship of process-structure-property will be elucidated, and the main mechanisms of the improved Ti3C2/Cu or Ti3C2/Al composites are to be also explained. The benefits of this project are obvious to achieve innovative results and to improve our country’s international competitiveness in the research and applications of MXene materials.
新型Ti3C2Tx具有高导电、优异的催化和电化学等性能,是继石墨烯后最具吸引力的二维纳米材料。本项目确定关键参数,在40%HF溶液中50℃刻蚀Ti3AlC2,经30min短时间获得了Ti3C2Tx。Ti3C2Tx于空气中300℃以上发生氧化,在真空中800℃以上开始氧化并且相变生成TiC。利用化学镀表面改性技术,获得了“核壳”结构Ti3C2Tx@Ni粉体,Ni壳层的高导电和磁性赋予Ti3C2Tx多功能化。.Ti3C2Tx与Cu或Al的相容性研究表明,Ti3C2Tx于800℃发生相变并与Cu在900℃发生反应,故低于800℃难以制备致密复合材料,高于此温度难以形成Ti3C2Tx/Cu。Ti3C2Tx与Al在650℃以下稳定,无反应发生。因此在650℃无压烧结保温1h,随后经450℃热挤压,获得了结构均匀、界面结合好、性能优良的Ti3C2Tx/Al材料。Ti3C2Tx含量在0.5-3wt.%范围内增加,复合材料力学性能呈直线增加。3wt.%Ti3C2Tx/Al的硬度和强度分别为0.52GPa和148MPa,比纯Al分别提高了92%和50%,但材料延展性降低。而相同工艺制备的新型3wt.%Ti3C2Tx@Ni/Al比3wt.%Ti3C2Tx/Al的强度和延伸率分别提高了10%和8%。另外,3wt.%Ti3C2Tx/Al复合材料具有比Al更低的摩擦系数和更好的耐磨损性能。.Ti3C2Tx和Ti3C2Tx@Ni粉体具有优良的电磁屏蔽性能,其机制是高导电、纳米层状结构和表面官能团对电磁波的多重反射和吸收。Ti3C2Tx@Ni的电磁屏蔽性能由于前者,主要是增加了Ni壳层的磁损耗机制。所制备的Ti3C2Tx/Al和Ti3C2Tx@Ni/Al亦表现出比纯Al更优的电磁屏蔽性能。.采用室温等离子氮化技术对Ti3C2Tx表面改性,经3分钟处理,粉体具有最佳阻抗匹配,吸波性能高达-59dB。此外,项目还开展了MAX和MAB材料的前沿热点研究,亦取得了创新性成果。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Nitrogen-Doped Ti3C2Tx MXene Induced by Plasma Treatment with Enhanced Microwave Absorption Properties
等离子体处理诱导的氮掺杂 Ti3C2TX MXene 具有增强的微波吸收性能
DOI: 10.1021/acsami.1c17015
发表时间: 2021-10-08
期刊: ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
影响因子: 9.5
作者: [Xu, Weimin, Li, Shibo, Zhou, Yang]
通讯作者: Zhou, Yang
Rapid synthesis and characterization of a nanolaminated Fe2AlB2 compound
纳米层压 Fe2AlB2 化合物的快速合成和表征
DOI: 10.1016/j.jallcom.2018.06.352
发表时间: 2018-10
期刊: Journal of Alloys and Compounds
影响因子: 6.2
作者: [Liu Jie, Li Shibo, Yao Boxiang, Hu Shujun, Zhang Jing, Yu Wenbo, Zhou Yang]
通讯作者: Zhou Yang
Thermal stability and thermal shock resistance of Fe2AlB2
Fe2AlB2的热稳定性和抗热震性能
DOI: 10.1016/j.ceramint.2018.06.042
发表时间: 2018-09
期刊: Ceramics International
影响因子: 5.2
作者: [Liu Jie, Li Shibo, Yao Boxiang, Zhang Jing, Lu Xiaogang, Zhou Yang]
通讯作者: Zhou Yang
DOI: --
发表时间: 2020
期刊: 无机材料学报
影响因子: --
作者: [徐维民, 李世波, 胡树郡, 姜吉鹏, 于文波, 周洋]
通讯作者: 周洋
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    穿孔顶头表面自愈合Cr2AlC陶瓷涂层高温摩擦磨损性能研究
    • 批准号:
      --
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      54万元
    • 批准年份:
      2022
    • 负责人:
      李世波
    • 依托单位:
    MAX陶瓷抗热震和耐烧蚀性能及其机制研究
    • 批准号:
      51372015
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      80.0万元
    • 批准年份:
      2013
    • 负责人:
      李世波
    • 依托单位:
    三元碳化物陶瓷成分设计及裂纹自愈合研究
    • 批准号:
      51072017
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      38.0万元
    • 批准年份:
      2010
    • 负责人:
      李世波
    • 依托单位:
    国内基金
    海外基金