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2011年，新型二维层状材(cai)料Ti3C2Tx被Barsumn和Gogotsi等(deng)人(ren)发现(xian)，为了(le)表明此类(lei)材(cai)料是由MAX相剥离(li)而来，并且突出此类(lei)材(cai)料与石墨烯（Graphene）结构相似，因(yin)次(ci)将它们统一(yi)命(ming)名(ming)为MXene（迈科烯(xi)）。与石墨烯类似，MXenes（二维过渡金属碳化物和氮化物）由于其优异的亲水性和导电性、大的比电容和优异的电化学性能等，在电化学储能中显示出巨大的潜力。
小知(zhi)识：MAX相和MXene材料。MAX相材料是由三种元素组成的天然层状碳氮化物无机非金属类材料：M是代表过渡金属元素，A则是指主族元素，而X则代表碳或氮，其具有金属的导电和导热性质，也具备结构陶瓷的高强度、耐高温、耐腐蚀等苛刻环境服役能力，通过化学液相法可以选择性蚀刻掉MAX相中的A元素得到相应的MXene相。
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这类材料(liao)通式可表(biao)示为Mn+1XnTx，其中M代表过渡族金属元素，X为碳、氮或碳氮，T代表制备过程中产生的表面官能团。这类材料被发现以来，科学家将其应用于各种领域，比如，储能与转换、传感器、电磁屏蔽和生物医学等领域。随着先进制造和新材料的研发，二维层状材料Ti3C2Tx备受关在传感器，特别是在柔性材料的研究应用中展现了十分广阔的前景。这是为啥呢？接下来小编带你讨论二维世界（Mxenes）在柔性传感器中追捧原因。
消费电子产(chan)品、人工智能和(he)临床医学(xue)的(de)快速(su)发展使人们对柔性(xing)(xing)压力传感器的(de)需(xu)求不(bu)断增(zeng)加，其性(xing)(xing)能主要(yao)依赖于具有高灵(ling)活性(xing)(xing)和(he)适(shi)当(dang)导电性(xing)(xing)的(de)敏感材料。
1）Mxenes材(cai)料的(de)优异的(de)导电(dian)性(xing)
毫(hao)无(wu)疑问，MXene材料优异的导电性使其成为传感器领域中重要的导电材料之一。这主要是由于MXene层状结构中导电碳化物芯可以提供快速的电子传输路径。理论计算表明，单层MXene具有接近费米能级的高电子密度。Ti3C2Tx的导电性与MAX相前驱体的合成工艺、刻蚀方法，以及MXene自身的尺寸、表面官能团（数量、分布、比例）、层间接触电阻等密切相关。以氟化锂和盐酸混合液刻蚀的单层Ti3C2Tx缺陷少、横向尺寸较大，测试其制成的薄膜可发现导电率高达6000～8000S/cm，比其他二维金属硫化物/氢氧化物的导电性都要好。
与单层相比(bi)，由(you)于(yu)测试方法(fa)和(he)结构(gou)的不同，多层MXene材料的导电率低很多，对于单个多层MXene颗粒来说，其平面内的电导率（24.1S/cm）远远高于垂直于基面的电导率（1.41S/cm）。
2）Mxenes材(cai)料的(de)元素选(xuan)择
由于Mxene，通式可表示为Mn+1XnTx，其中M代表过渡族金属元素，X为碳、氮或碳氮，T代表制备过程中产生的表面官能团。由(you)于金属(shu)元素(su)和(he)碳元素(su)的选择众多(duo)，使(shi)得(de)Max材料的结构和命名也多种多样吧，从而导致Mxene材料的选材众多。因此，较多的元素选择和结构可控使其在二维材料领域中独占鳌头，从而广泛应用于其复合材料和传感领域。截至2019年，如图1所示，已经通过实验制备得到了超过30多种MXene。
图1.Max和MXenes的元素组成和结构
结(jie)构决(jue)定(ding)材(cai)料的性能。Mxene这种具有多种组分、表面功能化和厚度可控性的材料，使他它涵盖了从(cong)金属性(xing)、半导(dao)体性(xing)到拓扑绝缘(yuan)的各种电子性(xing)质。MXene的亲水性(xing)(xing)和电导率(lv)与其表(biao)面官(guan)能团(tuan)有关(guan)。大(da)多(duo)数MXene具有金(jin)(jin)属带结构，而少数有望成为半导体。MXene的性(xing)(xing)质主要取决于过渡金(jin)(jin)属原子、表(biao)面官(guan)能团(tuan)和X元素。据预测(ce)，MXene中过渡金(jin)(jin)属Sc和Y是半导体，而Ti、Zr和Hf需要二价氧终端才能有开带隙。HF制备的MXene的电导率仅为1000S/cm，而HCl和LiF制备的MXene的电导率为4600S/cm。
目前，Ti3C2Tx薄膜的最高电导率为10000S/cm。热处理和碱化处理是提高其电性能的有效方法。控制MXene的表面化学性质是获得半导体或拓扑绝缘MXene的关键。
3）Mxenes材(cai)料(liao)的制备工艺
如图2所示，Mxene制备方式众多，包括：a）湿酸刻蚀；b）熔盐腐蚀；c）过渡金属硫化物渗碳；d）过渡金属碳化物的氨化；e）水的腐蚀；f）UV-诱导蚀刻。因此，较多制备工艺导致其制备方式多样，从而导致其材料性能可调，功能众多。
图2.Mxene的制备工艺
其中，广(guang)泛并(bing)且常用(yong)的MXene的制备工艺是刻蚀工艺，你主要分为含氟刻蚀法和无氟刻蚀法两类。含氟刻蚀法包括传统氢氟酸刻蚀、氟盐+酸刻蚀和二氟化合物刻蚀。无氟刻蚀法包括电化学刻蚀、水热法碱刻蚀、路易斯酸熔融盐刻蚀和无水刻蚀。
图(tu)3.HF刻蚀MXene种类及Ti3C2Tx刻蚀方法发展时间轴
总(zong)结
在柔性传感器领域，Mxene（Ti3C2Tx）有以下优势：①是Ti3C2Tx密度小、质量轻；②是Ti3C2Tx由不同的元素组成，具有多个原子层的厚度，因此在不同片层方向上具有偶极子和空间电荷双极化行为；③是在(zai)蚀(shi)刻过(guo)程中，表面官能基团与Ti结合形成Ti-O或Ti-F键，引入大量的缺陷，缺陷作为极化中心增强导电能力；④是由于碳原子层(ceng)的存在，沿面内方向的电子迁移(yi)率较大，在直流电场作用下(xia)会增(zeng)强导电能力；⑤是多(duo)层结构及较大的(de)比表面积利于电荷(he)的(de)密度，增强其导电能(neng)力。这些(xie)独(du)特的(de)优势促使Mxene（Ti3C2Tx）逐渐成为目前柔性传感器领域的研究热点。
作(zuo)者：小陈
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