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
- 清华大学吉岩团队 Nat. Commun.:力学性能与耗散性能兼优的液晶聚合物网络 2024-11-19
- 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
- 大连理工大学蹇锡高院士团队 AFM:通过模拟扇贝足丝的多级动态结构实现超分子水性聚氨酯弹性体的力学性能强化 2024-09-19
- 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