Les nanogénérateurs triboélectriques (TENG) sont une classe transformatrice de dispositifs de nouvelle génération pour la conversion d’énergie et la détection auto-alimentée. La sélection des matériaux triboélectriques et conducteurs appropriés est crucial pour optimiser les performances du TENG. Ces dernières années, Mxenes, en particulier Ti3C2 MXENE, sont devenus des candidats très prometteurs pour les matériaux triboélectriques et conducteurs dans les Tents. Bien que de nombreuses études (y compris les articles de recherche et de revue) se soient concentrées sur la construction et la performance du TENG, il existe un écart important dans la littérature: un résumé complet des applications MXENE du point de vue de la science des matériaux, ainsi qu’une explication détaillée des raisons et des avantages de l’utilisation de MXENES dans les TNG.
Récemment, une équipe de dirigée par le professeur Aiguo Zhou à l’Université Henan Polytechnic a analysé les applications de MXENE dans TENGS et classer les applications du point de vue de la science des matériaux. Sur la base des couches fonctionnelles des Tents où les MXEnes sont appliqués, les applications sont divisées en quatre types: (1) les films MXENE comme couches conductrices, (2) les films MXENE comme couches triboélectriques, (3) NanoShets MXENE comme remplissages dans des couches Triboelectriques à base de polymère. Les raisons et les avantages de l’utilisation de MXEnes dans chaque application sont analysés et expliqués. En raison de leur combinaison unique de propriétés telles que l’électronégativité, la conductivité électrique et la flexibilité, les MXEnes montrent une polyvalence remarquable dans toutes les couches fonctionnelles, que ce soit en tant que films purs ou films composites. En particulier, les films composites MXENE sont particulièrement prometteurs pour ces applications.
«Dans cette revue, nous classons les applications de mXene dans les différentes couches de Teng en quatre types: couche conductrice, couche triboélectrique, charge de film en polymère en tant que couche triboélectrique et couche de piégeage de charges. dont l’intérêt de la recherche comprend la préparation et l’application d’une famille de carbures / nitrures ternaires avec structure en couches (phase maximale) et une famille de nouveaux matériaux 2D (MXENE).
“As conductive layers, the advantages of MXene pure films are summarized as: excellent flexibility/stretchability, high charge trapping ability, diversity processibility, rich surface termination. Due to the advantages, pure films or composite films of MXene can be made. And the films are flexible/stretchable, highly conductive, highly charge trapping as conductive layers of TENGs for self-powered sensing. However, there are significant disadvantages to being Une couche conductrice pour les films Teng. dit Aiguo Zhou.
«En tant que couches triboélectriques, les avantages des films MXENE sont résumés comme: électronégativité élevée, conductivité élevée, substrats sans conducteur acceptables. Les films mXene comme couche triboélectrique présentent d’excellentes performances et ne nécessitent pas de couches conductrices.» dit Aiguo Zhou.
«En tant que charges de films polymères comme couches triboélectriques, les avantages des nanofeuilles mXene sont résumés comme: une forte liaison avec une matrice polymère, une constante diélectrique élevée, une forte électronégativité, une conductivité élevée. Les films composites ont des propriétés mécaniques élevé Les films avec une conductivité électrique et une capacité d’électrons améliorée. Inconvénients. Méthode. dit Aiguo Zhou.
« En tant que couches de piégeage de charge, les avantages des films MXENE sont résumés comme: une excellente capacité de charge due à une électronégativité élevée, une capacité de transfert de charge élevée en raison d’une conductivité élevée, facilement transformé en films, une forte adhésion aux films métalliques et polymères. En raison de l’avantage, les films MXENE présentent d’excellentes performances. » dit Aiguo Zhou.
«La méthode la plus populaire consiste à utiliser mXene comme charges pour fabriquer des films composites en polymère. Les films composites ont des propriétés mécaniques élevées (résistance, flexibilité, extensibilité, etc.), en raison de la matrice polymère. MXENE est la principale lacune qui limite l’application de MXENES. dit Aiguo Zhou.
Cependant, des travaux de recherche plus approfondis sont encore nécessaires pour explorer des films de mXene / polymère idéaux comme couches triboélectriques pour Teng. À cet égard, Zhou a également proposé des directions de recherche futures pour les films MXENE / polymère, qui incluent la sélection du type MXENE, la sélection de la matrice polymère et la conception du mode de travail Teng et de la structure pour les films composites polymère / MXENE.
Les autres contributeurs incluent Jiacheng Fan, Guanglei Zhang, Jia Yang de l’Université Polytechnic Henan, Chine.
Ce travail a été soutenu par la National Natural Science Foundation of China (52372284), Natural Science Foundation of Henan Province (232300421135).
Aiguo Zhou a reçu son doctorat. diplôme de l’Université Drexel en génie des matériaux en 2008. Actuellement, il est professeur d’école de science des matériaux et d’ingénierie, Henan Polytechnic University. Ses intérêts de recherche incluent la préparation et l’application d’une famille de carbures / nitrures ternaires avec structure en couches (phase maximale) et une famille de nouveaux matériaux 2D (MXENE).
Journal of Advanced Ceramics (JAC) est une revue académique internationale qui présente les résultats de pointe des études théoriques et expérimentales sur le traitement, la structure et les propriétés de la céramique avancée et des composites à base de céramique. JAC est entièrement en libre accès, publié mensuel par Tsinghua University Press, et exclusivement disponible via Sciopen. Le JAC en 2023 est de 18,6, se classant dans le top 1 (1/31, Q1) parmi toutes les revues dans la catégorie «Materials Science, Ceramics», et son citescore 2023 est de 21,0 (top 5%) dans la base de données Scopus. Page d’accueil de ResearchGate: https://www.researchgate.net/journal/journal-of-advanced-ceramics-2227-8508
Mengdi Li
Tsinghua University Press
limd@tup.tsinghua.edu.cn
Bureau: 86-108-347-0580
Aiguo Zhou
Henan Polytechnic University, Chine
zhouag@hpu.edu.cn
Questions fréquemment posées
Quels sont les avantages de l’utilisation de Mxènes dans les nanogénérateurs triboélectriques?
Les MxEnes offrent des propriétés remarquables telles que la conductivité électrique élevée, la flexibilité et la forte électronégativité, ce qui améliore l’efficacité des Tents comme des couches conductrices ou triboélectriques.
Comment les films composites MXENE améliorent-ils les performances des Tengs?
En incorporant des mXenes dans des matrices de polymère, ces films composites tirent parti de la résistance mécanique et de la flexibilité des polymères tout en améliorant la conductivité électrique, entraînant des performances triboélectriques supérieures pour la récolte d’énergie.
Quels défis sont associés à l’utilisation des MXEnes dans les Tents?
Un défi important est l’oxydation des Mxènes lorsqu’ils sont exposés à l’air et à l’humidité, qui peuvent dégrader leurs performances; Par conséquent, des mesures de protection, telles que les intégrer dans des films en polymère, sont souvent nécessaires pour maintenir leur efficacité.
