《MAX相表面A元素晶須自發生長規律與機理的研究》是依託東南大學，由孫正明擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：MAX相表面A元素晶須自發生長規律與機理的研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：孫正明
- 依託單位：東南大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
MAX相是具有層狀結構的三元碳化物或氮化物，兼備金屬與陶瓷的性能特徵；有望近期在鋰電池、燃料電池、高鐵、核能以及國防等領域發揮優勢。但是，MAX相表面A元素晶須的自發生長必將引起性能的不穩定，而其生長規律與機理還沒有得到充分的認識。本項目將以含有Ga、In、Sn等低熔點A元素的MAX相，以及含有Al、Si等具有比較明確套用前景的MAX相為研究對象，揭示其表面晶須的自發生長規律。同時分析MAX相的電子結構、微觀組織、晶體取向、相變、以及環境等因素對晶鬚生長的影響，從熱力學、晶體學等角度闡明其自發生長的機理。研究成果將有助於（1）認識在套用過程中，尤其是在接近A元素熔點溫度的環境下MAX相的性能穩定性；（2）為解決困擾人們近70年的廣義上的金屬晶須自發生長問題，提供更為合理的依據；（3）利用晶須的自發生長現象並控制其過程，開拓新材料的合成途徑。
結題摘要
針對MAX相材料表面A元素晶須自發生長現象，本項目以Cr2GaC，Ti2SnC，Cr2AlC，Ti3SiC2等MAX相材料為代表，系統地研究了A元素晶須自發生長的元素來源、環境因素、生長機制以及抑制晶鬚生長的策略等。同時，也對MAX在電觸頭材料中的套用以及MAX的衍生物MXene在水處理方面的套用進行了探索性研究。 首先，以含有Ga和Sn的MAX相為例，通過實驗研究了A晶須自發生長的元素來源，明確了其並非MAX晶格中的A原子。其次，通過對Cr2GaC，Ti2PbC，Ti2SnC，Zr2InC的研究、觀察，確定了室溫下，含低熔點A元素的MAX相表面A元素晶鬚生長的普遍性。第三，以Cr2AlC以及Ti3SiC2為研究對象，通過適當升高溫度，暫時沒有發現A元素晶須大量自發生長現象。第四，通過對含有Ga/Sn的MAX相表面Ga/Sn晶須的深入研究，排除了晶鬚生長的“壓應力（梯度）”機制。第五，提出了一個全新的“界面催化形核”機制，該機制全面解釋了MAX相表面A元素晶須的自發生長規律和晶須的幾何特徵。第六，探索了Ag-MAX相材料的電接觸性能，結果顯示Ag-Ti3SiC2在電接觸材料套用方面具有明顯優勢。第七，由MAX相母體，製備了MXene，並對其進行改性、修飾，提高了其污水處理性能。 項目研究結果確定了室溫及較低溫度下MAX相中A元素的穩定性，消除了人們對MAX相服役穩定性的疑慮；發現了室溫下含有低熔點A元素的MAX-A體系中晶須自發生長的普遍性；提出了一個全新的金屬晶須自發生長機制，闡明了A晶鬚生長方向與MAX相晶體取向的關係，首次發現了相界面在晶鬚生長過程中的作用，為解決70年來懸而未決的金屬晶須自發生長現象提供了新視角，進而為保障電子系統的可靠性提供了理論基礎；探索了MAX相在電接觸材料中的套用以及改性MXene的污水淨化性能，兩者有望在綠色製造和污水淨化領域發揮重要作用。本項目資助期間共發表論文8篇，其中SCI檢索7篇，參加會議報告8人次，申請專利9項。
