MXene二维材料的应用

本发明涉及化学材料，具体是指一种mxene二维材料的应用。

背景技术：

1、2011年8月22日，美国德雷塞尔大学yury gogotsi教授和michel w.barsoum教授等人在《advancedmaterials》上首次报道了具有二维层状结构的过渡金属碳化物ti3c2txmxene。由于mxene具有独特的物理化学性质，如类金属的导电性、丰富的表面官能团、良好的柔性和亲水性、优异的机械强度、结构的多样性等，在过去十年间受到了研究人员的广泛关注。在制备方法方面，含氟刻蚀法、电化学刻蚀法、碱刻蚀法、熔融盐刻蚀法等相继实现了mxene的制备；在形态方面，从多层到近原子层厚度的mxene，从宏观尺寸的膜到数个纳米的量子点都被报道；在应用方面，独特的物理化学性质使得mxene广泛应用于储能、传感、催化、电磁屏蔽、水处理等领域，如德雷赛尔大学的mohamedalhabeb和christine b.hatter(共同通讯作者)等人证实一些mxenes及其聚合物复合材料在电磁干扰屏蔽上有着潜在的用途。45微米厚的ti3c2tx薄膜电磁干扰屏蔽效应可达到92db，这是迄今所制造的合成材料中屏蔽性能表现的最佳的材料。如此良好的性能则源于ti3c2tx薄膜极佳的电导性及在无支撑薄膜中ti3c2tx薄片的多重内反射。mxenes及其复合材料因其机械柔和性及易于涂层的能力使其可作为任何形状的物品的屏蔽层，同时还保全着其高电磁干扰屏蔽性能。此外，mxene卓越的光热性能跟石墨烯相当，近年来这方面的应用已从海水净化扩展到肿瘤的光热治疗。但其磁热性能却未见报道。

2、目前具有磁热性能的材料广泛用于磁热治疗、磁制冷等，但传统具有磁热功能的材料如不锈钢，其质量较mxene材料大，限制了其在无线微器件上的进一步应用。而mxene材料质量超轻且生物相容性好，可用于航空航天、医学等领域。

3、此外，由于热是一种可转化为电的能量来源，基于热电换能方式的微型电(子)器件由于机制简单，器件性能稳定，可以跟先进mems技术结合，形成高能量密度输出，成为微器件领域的研究热点。热电微器件的性能取决于材料的zt值大小，及设备两端的温度差，材料如果定了，热电腿的大小取决于制备工艺，但在产生电的源头-温度差这里，热电器件在人体的应用遇到了瓶颈，因为人体是基本恒温的，所以热电器件直接作为植入性器件在生物医用方面的应用较少。

4、如果存在一种高效率产热且生物相容性好的材料，能在极短的时间(30秒之内)内,将磁场能量转化形成目前成熟可用的热电材料产电所需的温差(5t)，满足生成电信号的同时材料的升温及磁场的热效应都不会产生生物毒性，那么基于热电机制的微器件便能成为植入式无线微器件应用了。

技术实现思路

1、本发明旨在针对热电器件直接作为植入性器件在生物医用方面遇到的技术瓶颈问题，通过材料新功能发现及器件设计发明，来打破现有技术中存在的壁垒。。为此，本发明的一个目的在于提出一种mxene二维材料，尤其指ti3c2tx组分的mxene，其新性能及新功用，将该mxene二维材料及其磁热性能应用于无线微器件或电源中。

2、为了解决上述技术问题，本发明提出mxene二维材料的应用，所述的mxene二维材料加工成超细的线或超薄的膜用于制备无线微器件或电源。

3、一种无线微器件，包括权利要求1所述的mxene二维材料。

4、一种电源，包括权利要求1所述的mxene二维材料，由mxene二维材料与热电材料结合制成。

5、本发明与现有技术相比的优点在于：

6、(1)mxene材料为一种超轻、超薄纳米材料，制成的产品体积小、重量轻，在磁场中可以速热，在几秒钟时间内快速从室温升至100℃；

7、(2)有利于无线微器件的轻量化及小型化，扩大无线微器件的应用范围；

8、(3)其超高的磁热转换性能，使基于热电转换机制的无线微器件应用作植入式医疗电子器件成为可能。

9、(4)mxene材料与热电材料结合形成的新型电源相比基于电感线圈的磁电转换，较少依赖于信号源和信号接收器之间的距离和对准，相比磁致伸缩-压电换能，有更多的材料选择，器件设计也更灵活，相比纳米摩擦发电，更适合损伤部位的研究和治疗。

10、上述概述仅仅是为了说明书的目的，并不意图以任何方式进行限制。除上述描述的示意性的方面、实施方式和特征之外，通过参考附图和以下的详细描述，本发明进一步的方面、实施方式和特征将会是容易明白的。

技术特征：

1.mxene二维材料的应用，其特征在于：所述的mxene二维材料，组分包括ti2co2/ti3c2o2/ti3c2f2/ti3c2(oh)2/sc2co2/sc2cf2/sc2c(oh)2/mo2cf2/zr2co2/hf2co2等；形态包括薄膜型，细丝型，用于高效产热，从而作为无线微器件电源材料。

2.一种无线微器件，其特征在于：用权利要求1所述的mxene二维材料经磁场产生无线电信号。

3.一种电源，其特征在于：基于磁热-热电转换机制，用权利要求1所述的mxene二维材料，为热电信号产生的热端。

技术总结
本发明公开了一种MXene二维材料的应用，涉及化学材料技术领域，本发明提出MXene二维材料的应用，所述的MXene二维材料加工成超细的线或超薄的膜用于制备无线微器件或电源。本发明的优点在于：MXene材料为一种超轻、超薄纳米材料，制成的产品体积小、重量轻，在磁场中可以速热，在几秒钟时间内快速从室温升至100℃；有利于无线微器件及植入式微器件的轻量化及小型化，扩大无线微器件及植入式微器件的应用范围；MXene材料与热电材料结合形成的新型电源相比基于电感线圈的磁电转换，较少依赖于信号源和信号接收器之间的距离和对准，相比磁致伸缩‑压电换能，有更多的材料选择，器件设计也更灵活，相比纳米摩擦发电，更适合损伤部位的研究和治疗。

技术研发人员：秦瑶,安巍,黄思渝
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14