Intrinsic Structural, Electrical, Thermal, and Mechanical Properties of the Promising Conductor Mo2C MXene

热膨胀 热导率 材料科学 热传导 掺杂剂 超导电性 凝聚态物理 电阻率和电导率 兴奋剂 复合材料 电气工程 物理 工程类 光电子学
作者
Xian‐Hu Zha,Jingshuo Yin,Yuhong Zhou,Qing Huang,Kan Luo,Jiajian Lang,Joseph S. Francisco,Jian He,Shiyu Du
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:120 (28): 15082-15088 被引量:170
标识
DOI:10.1021/acs.jpcc.6b04192
摘要

Mo2C, the newly synthesized MXene with a large lateral size and superconductivity property, has attracted increasing interest in material science. Employing first-principles density functional calculations, its intrinsic structural, electrical, thermal, and mechanical properties are investigated in this work. It is found that this MXene is nonmagnetic with a small molar volume. The electrical conductivity is predicted in the order of 106 Ω–1m–1, and its value is significantly influenced by doping. For thermal conductivity, both of the electron and phonon contributions are studied. At room temperature, the Mo2C's thermal conductivity is determined to be 48.4 Wm–1 K–1, which can be further enhanced by increasing temperature and introducing n-type dopants. The specific heat and thermal expansion coefficient are also assessed, and their values at room temperature are calculated as 290 Jkg–1 K–1 and 2.26 × 10–6 K–1, respectively. Moreover, the thermal contraction of the MXene is found at low temperatures. Under biaxial strains, the elastic modulus is predicted as 312 ± 10 GPa, and the ideal strength is determined to be 20.8 GPa at a critical strain of 0.086. In view of the small molar volume, superhigh electrical conductivity, favorable thermal conductivity, low thermal expansion coefficient, and high mechanical strength, the Mo2C MXene generally merits more widespread applications besides superconductors, such as applying to substrates for other layer materials, and candidate materials for batteries and supercapacitors.
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