本发明专利技术公开了一种新型三元层状MAX相材料及其制备方法。所述新型三元层状MAX相材料的分子式表示为Mn+1AXn，M选自III B、IV B、V B、VI B族元素中的任意一种或者两种以上的组合，A为Cu、Ag、Co和Ni中的任意一种或者两种以上的组合，X为C元素和/或N元素，n为1、2、3或4。该三元层状MAX相材料具有六方晶系结构，空间群为P63/mmc，晶胞由Mn+1Xn单元与A层原子交替堆垛而成。本发明专利技术的新型三元层状MAX相材料在核能结构材料制备、催化、吸波、电磁屏蔽、摩擦磨损、电子、自旋电子、磁制冷等领域具有潜在的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
一种新型三元层状MAX相材料、其制备方法及应用
本专利技术涉及一种复合无机材料，具体涉及一种新型三元层状MAX相材料及其制备方法与应用，属于材料
技术介绍
MAX相是具有六方晶格结构的纳米层状三元化合物，分子式为Mn+1AXn，其中M为IIIB、IVB、VB、VIB族的前过渡金属元素，A主要为ⅢA和ⅣA族元素，X为碳和/或氮，n＝1～3。MAX相材料的晶体呈六方对称性，空间群为P63/mmc，其晶胞由Mn+1Xn单元与A原子面交替堆垛而成，n＝1、2或3，通常简称为211，312和413相，目前合成的MAX相约有70余种。MAX相材料在物理、化学、电学、机械等方面独特的性质在高温电极、摩擦磨损、核能结构材料等领域有潜在的应用。之前MAX相材料在应用方面主要侧重于其结构性质，近几年来，科学家们通过固溶、取代或其他手段合成系列新的MAX相材料(又称等构MAX相)，这对拓展MAX相材料种类、理解晶体结构和调控物理化学性质具有非常重要的意义。对于MAX相材料家族的拓展是材料学家努力的方向，这对于三元层状材料晶体结构的理解和物理性质的调控有重要的意义。目前，A位原子一直局限在主族ⅢA和ⅣA涵盖的元素，可以看出大部分MAX相材料A位原子均为Al元素。最近，瑞典林雪萍大学和兰州大学物化所发现在保持孪晶结构Mn+1Xn层的同时，利用A位元素的高化学活性通过元素置换可以合成新的MAX相材料。因此，传统固相法无法合成的一些MAX材料可以通过A位元素置换实现，这对拓展MAX相材料的种类以及物理化学性能的调控具有极大的意义。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种新型三元层状MAX相材料、其制备方法及应用，从而克服现有技术中的不足。为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：本专利技术实施例提供了一种新型三元层状MAX相材料，其分子式表示为Mn+1AXn，其中M选自IIIB、IVB、VB、VIB族元素中的任意一种或者两种以上的组合，A为Cu、Ag、Co和Ni中的任意一种或者两种以上的组合，X为C、N元素中的任意一种或两种的组合，n为1、2、3或4。进一步地，所述的M可优选包括Sc、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta中的任意一种或者两种以上的组合，且不限于此。进一步地，所述的X可以优选为CxNy，其中x+y＝1。进一步地，所述三元层状MAX相材料具有六方晶系结构，空间群为P63/mmc(194)，晶胞由Mn+1Xn单元与A层原子交替堆垛而成。进一步地，所述三元层状MAX相材料的形态包括粉体、块体、薄膜中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。本专利技术实施例还提供了一种新型三元层状MAX相材料的制备方法，其包括：熔盐法和/或放电等离子体烧结法，但不限于此。在一些实施例中，所述制备方法包括：将前驱体MAX相材料、A和/或含A材料、无机盐按1：(1～3)：(0～8)的摩尔比混合，并将所获混合物于惰性气氛中在400～1100℃反应60～720min，之后进行后处理，获得新型三元层状MAX相材料；所述前驱体MAX相材料的分子式表示为Mm+1A’Xm，其中M选自IIIB、IVB、VB或VIB族的前过渡金属元素，A’选自ⅢA或ⅣA族元素，X包括C和/或N，m＝1、2或3，A为Cu、Ag、Co和Ni中的任意一种或者两种以上的组合。进一步地，所述前驱体MAX相材料包括Ti3AlC2、Ti3SiC2、Ti2AlC、Ti2AlN、Ti4AlN3、Ti2GaC、V2AlC、V2GaC、Cr2GaN、Cr2AlC、Sc2AlC、Zr2AlC、Zr2SnC、Nb2AlC、Nb4AlC3、Mo2AlC、Mo2GaN、Hf2AlC、Hf2AlN、Ta3AlC2、Ta4AlC3中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。进一步地，所述含A材料包括含A的单质、含A的合金、含A的氧化物以及含A的盐等，例如，可以是Cu、Ag、Co或Ni等金属，还可以是CuO、CuCl2、Ag2O、AgCl、CoO、CoCl2、NiO、NiCl2等，但不限于此。进一步地，所述无机盐包括NaF、NaK、NaCl、KCl、NaBr、KBr中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。进一步地，所述前驱体MAX相材料为粉体、块体、薄膜中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。进一步地，所述A和/或含A材料为粉体，且粒度为500nm～50μm。进一步地，所述无机盐为粉体，且粒径为500nm～1mm。在一些实施方案中，所述的后处理包括：在所述的反应结束后，以去离子水对所获的反应产物进行清洗，之后于40～80℃干燥，获得所述新型三元层状MAX相材料。本专利技术实施例还提供了所述新型三元层状MAX相材料在核能结构材料制备、催化、吸波、电磁屏蔽、摩擦磨损、电子、自旋电子或者磁制冷等领域中的用途。较之现有技术，本专利技术的优点至少在于：(1)本专利技术实施例提供的新型三元层状MAX相材料的制备方法首次实现了A位元素为Cu、Ag、Co或Ni等的MAX相材料的制备，而且简单易操作，具有普适性；(2)本专利技术实施例提供的新型三元层状MAX相材料A位元素为Cu、Ag、Co或Ni等元素，其电子结构相较于现有MAX相材料发生了较大的变化，该变化会导致MAX相材料的物理化学性质发生变化，兼具金属和陶瓷的特点，具有高强度、高导热、抗氧化、耐高温、高损伤容限和可加工等特点，在核能结构材料、催化、吸波、电磁屏蔽、自旋电子以及磁制冷等领域具有潜在的应用前景。附图说明图1是本专利技术实施例1中三元层状MAX相材料Ti3CuC2及传统MAX相材料Ti3AlC2的XRD谱图。图2是本专利技术实施例1中三元层状MAX相材料Ti3CuC2的高分辨透射电镜(HFTEM)图。图3是本专利技术实施例2中三元层状MAX相材料Ti3CuC2及传统MAX相材料Ti3AlC2的XRD谱图。图4a和图4b分别是本专利技术实施例2中三元层状MAX相材料Ti3CuC2的表面和断面的SEM图。图5是本专利技术实施例3中三元层状MAX相材料Ti2CuN及传统MAX相材料Ti2AlN的XRD谱图。图6a和图6b分别是本专利技术实施例3中三元层状MAX相材料Ti2CuN的SEM图和EDS分析图。图7是本专利技术实施例4中三元层状MAX相材料Ti2CuN的高分辨透射电镜(HFTEM)图。图8是本专利技术实施例4中三元层状MAX相材料Ti2CuN在高分辨透射电镜下的元素面分布图。图9是本专利技术实施例5中三元层状MAX相材料Ti2(CuxIn1-x)C的XRD谱图。图10a和图10b分别是本专利技术实施例5中三元层状MAX相材料Ti2(CuxIn1-x)C的SEM图和EDS分析图。图11是本专利技术实施例6中三元层状MAX相材料V2(CuxAl1-x)C的XRD谱图。图12是本专利技术实施例7中三元层状MAX相材料Ti3CuC2的XRD谱图。具体实施方式本专利技术采用元素置换的策略，选择合适的MAX相前驱体，在保证Mn+1Xn层结构稳定的同时，将副族元素Cu、Ag、Co、Ni等插入亚层中，形成A位为Cu、Ag、Co、Ni元素的全新MAX相材料(如Ti3CuC2、Ti3NiC2等)。将MAX相A位元素从传统定义的主族元素拓展到副族元素，补充和拓展了MAX相的定义范围，增加了MAX相家族成员，使MAX相由传统的偏本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种新型三元层状MAX相材料，其特征在于：所述三元层状MAX相材料的分子式表示为Mn+1AXn，其中M选自III B、IVB、V B、VI B族元素中的任意一种或者两种以上的组合，A为Cu、Ag、Co和Ni中的任意一种或者两种以上的组合，X为C、N元素中的任意一种或两种的组合，n为1、2、3或4。
【技术特征摘要】
1.一种新型三元层状MAX相材料，其特征在于：所述三元层状MAX相材料的分子式表示为Mn+1AXn，其中M选自IIIB、IVB、VB、VIB族元素中的任意一种或者两种以上的组合，A为Cu、Ag、Co和Ni中的任意一种或者两种以上的组合，X为C、N元素中的任意一种或两种的组合，n为1、2、3或4。2.根据权利要求1所述的新型三元层状MAX相材料，其特征在于：所述的M包括Sc、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta中的任意一种或者两种以上的组合。3.根据权利要求1所述的新型三元层状MAX相材料，其特征在于：所述的X为CxNy，其中x+y＝1。4.根据权利要求1所述的新型三元层状MAX相材料，其特征在于：所述三元层状MAX相材料具有六方晶系结构，空间群为P63/mmc，晶胞由Mn+1Xn单元与A层原子交替堆垛而成。5.根据权利要求1所述的新型三元层状MAX相材料，其特征在于：所述三元层状MAX相材料的形态包括粉体、块体、薄膜中的任意一种或两种以上的组合。6.权利要求1-5中任一项所述新型三元层状MAX相材料的制备方法，其特征在于包括：熔盐法和/或放电等离子体烧结法。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于包括：将前驱体MAX相材料、A和/或含A材料、无机盐按1：(1～3)：(0～8)的摩尔比混合，并将所获混合物于惰性气氛中在400～1100℃反应60～720min，之后进行后处理，获得新型三元层状MAX相材料；所述前驱体MAX相材料的分子式表示为Mm+1A’Xm，...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄庆，李友兵，李勉，周小兵，罗侃，都时禹，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江,33
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。