近日,西南交通大学材料服役行为与安全评价团队朱旻昊教授、樊小强教授等,在国际知名期刊Advances in Colloid and Interface Science上发表题为“State-of-the-art progresses for Ti3C2Tx MXene reinforced polymer composites in corrosion and tribology aspects”的综述论文。该综述论文首先介绍了Ti3C2Tx MXene的制备策略、力学性能、摩擦学性能,随后总结了Ti3C2Tx MXene增强高分子聚合物在磨蚀防护方面的最新进展,最后讨论了Ti3C2Tx MXene基高分子聚合物用于磨蚀防护的现有挑战和未来方向。
研究要点1:
图1. Ti3C2Tx MXene的刻蚀及剥离过程。
研究要点2:
2D Ti3C2Tx MXene在聚合物涂层中的应用需要面对以下挑战:(1)与聚合物的界面相容性及分散稳定性差,(2)Ti3C2Tx MXene高导电性引发的电偶腐蚀效应,(3)Ti3C2Tx MXene功能单一,(4)Ti3C2Tx MXene在聚合物中的定向排列。
图 2. Ti3C2Tx MXene在聚合物涂层中的应用瓶颈。
图 3. Ti3C2Tx MXene表面改性增强其与聚合物的界面相容性。
图 4. 降低或利用Ti3C2Tx MXene高导电性。
研究要点3:
图 6. Ti3C2Tx MXene力学性能总结。
研究要点4:
图 7. Ti3C2Tx MXene本征摩擦学性能。
研究要点5:
Ti3C2Tx MXene及其复合物增强聚合物的摩擦学/力学性能。
图 8. Ti3C2Tx MXene/环氧树脂摩擦学性能。
图 9. Ti3C2Tx MXene/UHMWPE力学及摩擦学性能。
Ti3C2Tx MXene具有高比表面积、优异的力学性能、亲水性表面,这些本征性能是制备Ti3C2Tx MXene基有机复合物的坚实基础。Ti3C2Tx MXene基有机复合物在磨蚀防护领域展现出巨大的应用潜力,为进一步促进Ti3C2Tx MXene在磨蚀防护领域的应用,研究学者可从以下方面进行探索:
(1)大规模绿色制备:虽然目前已经提出了许多安全、环保的制备策略,但将其规模化仍是一大挑战。
(2)提高结构稳定性:Ti3C2Tx MXene存在稳定性差的问题,在空气及水溶液中容易氧化,因此亟需提升Ti3C2Tx MXene稳定性。
(3)制备策略-性能相互关系:目前Ti3C2Tx MXene制备方法主要可分为含氟及无氟制备,因此可探究不同制备策略对Ti3C2Tx MXene本征性能及其有机复合物腐蚀/摩擦学性能的影响。
(4)Ti3C2Tx MXene基聚合物腐蚀/摩擦学性能:提升Ti3C2Tx MXene与聚合物相容性,解决Ti3C2Tx MXene功能单一,Ti3C2Tx MXene在聚合物中的定向排列。
(5)Ti3C2Tx MXene/聚合物系统多尺度计算。
图 10. Ti3C2Tx MXene/聚合物系统多尺度计算:从表界面科学到工程化应用。
作者简介/课题组介绍
朱旻昊 博士,西南交通大学首席教授,博士生导师,国家杰青、“长江学者”特聘教授、“万人计划”领军人才,教育部创新团队带头人、全国优秀博士论文获得者。材料科学与工程学院院长、轨道交通安全研究院院长、材料先进技术教育部重点实验室主任。
主要从事摩擦学(微动摩擦学、铁路摩擦学等)、表面工程、材料服役行为研究等。曾荣获国家自然科学二等奖、教育部自然科学一等奖、四川省科技进步二等奖、法国航空航天集团SNECMA科技奖(二等)、茅以升铁道科学技术奖。已出版专著5部、授权国家发明专利40余项;在国内外学术期刊上发表论文550余篇(SCI收录200余篇),2009年以来有关“微动(fretting)”的SCI论文在国际上排名第1;担任国际微动疲劳会议(ISFF)国际执委,主办国际会议3次。
樊小强 教授,博士生导师,四川省特聘专家、四川省专家服务团专家。主要从事磨蚀防护材料及使役行为等方面的研究,以第一作者和通讯作者已在Chemical Engineer Journal、Advances in Colloid and Interface Science、ACS Applied Materials and Interfaces、Carbon、Corrosion Science、ACS Sustainable Chemistry & Engineering、Journal of Materials Science & Technology、Applied Surface Science、Journal of Colloid Interface Science、Tribology International和Friction等国际权威期刊发表SCI文章80余篇,授权国家发明专利12件,承担国家自然科学基金3项、省部级重点项目2项、央/国企合作项目近10项。兼任中国机械工程学会表面工程分会青年工作委员会委员;中国机械工程学会材料分会委员会委员;中国腐蚀与防护学会铁道设施专业委员会委员;中国腐蚀与防护学会磨蚀与防护技术专委会委员;四川省腐蚀与防护学会理事会理事等。获第七届“全国铁路青年科技创新奖”、获2016年度中国科学院院长优秀奖、第七届IFAM优秀青年科学家奖等荣誉。
课题组网站:https://faculty.swjtu.edu.cn/fanxiaoqiang/zh_CN/index/136633/list/index.htm
工作回顾
(1)首次将Ti3C2Tx MXene纳米片引入环氧树脂中,证明其具有优异的防腐性能。
Progress in Organic Coatings 135 (2019) 156-167,
https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2019.06.013.
(2)利用Ti3C2Tx MXene、石墨烯、二硫化钼协同增强效应,构建Ti3C2Tx/graphene、Ti3C2Tx/MoS2复合物实现环氧树脂长效磨蚀防护。
Carbon 157 (2020) 217-233,
https://doi.org/10.1016/j.carbon.2019.10.034;
Journal of Materials Science & Technology 116 (2022) 151–160,
https://doi.org/10.1016/j.jmst.2021.11.026.
(3)构筑Ti3C2Tx MXene基有机涂层/无机涂层多梯度结构,避免Ti3C2Tx MXene电偶腐蚀效应,实现防腐耐磨一体化。
Corrosion Science 174 (2020) 108813,
https://doi.org/10.1016/j.corsci.2020.108813.
(4)氨基官能化Ti3C2Tx MXene改善其与水性环氧树脂界面相容性。
Journal of Materials Science & Technology 54 (2020) 144–159,
https://doi.org/10.1016/j.jmst.2020.05.002;
Tribology International 163 (2021) 107196,
https://doi.org/10.1016/j.triboint.2021.107196.
(5)利用PANI调控Ti3C2Tx MXene导电性,抑制其电偶腐蚀效应。
Chemical Engineering Journal 410 (2021) 128310,
https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.128310.
(6)原位制备Ti3C2Tx MXene@MgAl-LDH 复合物,同时实现提升Ti3C2Tx MXene与环氧树脂界面相容性及Ti3C2Tx MXene自修复功能。
Chemical Engineering Journal 419 (2021) 130050,
https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.130050.
(7)氨基化Ti3C2Tx MXene负载BTA修饰的ZIF-8实现Ti3C2Tx MXene智能自修复。
Journal of Colloid and Interface Science 602 (2021) 131–145,
https://doi.org/10.1016/j.jcis.2021.06.004.
(8)在直流电场下实现Ti3C2Tx MXene纳米片在树脂中的定向排列。
Composites Part B 231 (2022) 109581,
https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2021.109581.
- 中南民大张爱清教授团队和雷新响教授团队 ACS Nano:Ti3C2Tx MXene液晶 - 一种无背景信号且制备简单的定向介质 2022-04-03
- 东华大学李克睿研究员与美国马里兰大学Chen Po-Yen教授合作AFM: 兼具红外动态伪装与环境感知的MXene软体机器人皮肤 2022-03-23
- 西南交大樊小强研究员等 Compos. Part B-Eng.:Ti3C2Tx定向排列 - 显著提升环氧涂层的磨蚀防护功效 2022-02-19
- 安徽理工大学张晓勇课题组 ACS AMI:PNIPAM基水凝胶的抗脱水和稳定的力学性能用于体温监测传感器 2024-11-05
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- 中科院兰州化物所聚氨酯/环氧树脂互穿聚合物网络复合材料的摩擦学性能研究新进展 2011-09-29