Flexible and conductive MXene films and nanocomposites with high capacitance

MXenes公司 材料科学 复合材料 复合数 纳米复合材料 超级电容器 极限抗拉强度 电容感应 电容 导电体 电极 纳米技术 电气工程 工程类 物理化学 化学
作者
Zheng Ling,Chang E. Ren,Meng-Qiang Zhao,Jian Yang,James Giammarco,Jieshan Qiu,Michel W. Barsoum,Yury Gogotsi
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [Proceedings of the National Academy of Sciences]
卷期号:111 (47): 16676-16681 被引量:1943
标识
DOI:10.1073/pnas.1414215111
摘要

MXenes, a new family of 2D materials, combine hydrophilic surfaces with metallic conductivity. Delamination of MXene produces single-layer nanosheets with thickness of about a nanometer and lateral size of the order of micrometers. The high aspect ratio of delaminated MXene renders it promising nanofiller in multifunctional polymer nanocomposites. Herein, Ti3C2T(x) MXene was mixed with either a charged polydiallyldimethylammonium chloride (PDDA) or an electrically neutral polyvinyl alcohol (PVA) to produce Ti3C2T(x)/polymer composites. The as-fabricated composites are flexible and have electrical conductivities as high as 2.2 × 10(4) S/m in the case of the Ti3C2T(x)/PVA composite film and 2.4 × 10(5) S/m for pure Ti3C2T(x) films. The tensile strength of the Ti3C2T(x)/PVA composites was significantly enhanced compared with pure Ti3C2T(x) or PVA films. The intercalation and confinement of the polymer between the MXene flakes not only increased flexibility but also enhanced cationic intercalation, offering an impressive volumetric capacitance of ∼530 F/cm(3) for MXene/PVA-KOH composite film at 2 mV/s. To our knowledge, this study is a first, but crucial, step in exploring the potential of using MXenes in polymer-based multifunctional nanocomposites for a host of applications, such as structural components, energy storage devices, wearable electronics, electrochemical actuators, and radiofrequency shielding, to name a few.
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