Nb2CTx MXene 강화로 마그네슘의 미세 구조 및 기계적 특성 자극

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 14289(2023) 이 기사 인용

측정항목 세부정보

본 연구에서 Nb2CTx MXene 강화된 상업적 순수 마그네슘 복합재는 전통적인 블렌드-프레스-소결 기술을 사용하여 가공되었습니다. 첨가된 1부피%의 Nb2CTx MXene은 산발적인 클러스터링에도 불구하고 마그네슘 입자 주위에 상당히 분산되었습니다. Nb2CTx MXene 강화는 안정적이었고 마그네슘 매트릭스와의 결함 없는 강력한 계면 결합을 개발했습니다. 소량의 화학적으로 적합하고 열적으로 안정한 Nb2CTx MXene 강화재는 상업적으로 순수한 마그네슘의 벌크 경도 및 압축 항복 강도, 압축 강도, 연성 및 파괴 인성을 향상시키는 데 성공했습니다.

마그네슘(Mg)은 지각과 바닷물에 풍부하게 존재하는 원소 중 하나입니다. 마그네슘 기반 소재는 밀도가 낮고 기계적 특성이 뛰어난 것으로 잘 알려져 있어 항공우주, 국방, 자동차, 스포츠에서 소비자 제품에 이르기까지 다양한 엔지니어링 응용 분야1,2,3,4에 매력적인 후보입니다. 그러나 본질적으로 열악한 내식성과 낮은 강성, 강도 및 연성으로 인해 구조적 적용에 상당한 사용이 제한되는 경우가 많습니다. 최근 몇 년 동안 연구자들은 Mg 합금5,6,7,8,9,10의 기계적 특성을 향상시키기 위해 다양한 산화물 세라믹, 탄소 나노튜브 및 그래핀을 포함한 매우 미세한 강화 재료의 사용을 조사했습니다. 그러나 그 중에서도 가장 유망한 보강재 중 하나는 MXene11,12,13이다.

MXene은 Mn+1XnTx 공식을 갖는 전이 금속 탄화물과 질화물로 구성된 새로운 2차원(2D) 재료 계열입니다. 여기서 M은 전이 금속이고, X는 탄소 또는 질소, T는 표면 종결 그룹(예: O, OH, F 및/또는 Cl), n은 정수14,15,16입니다. MXene의 n+1개 전이 금속 층에 삽입된 n개 층의 탄소 또는 질소 원자는 불화수소산 또는 기타 강한 물질을 사용하여 MAX 상의 A(주로 주기율표 IIIA 또는 IVA족 원소) 원소를 선택적으로 에칭하여 생성됩니다. 산. 생성된 MXene 소재는 층 구조를 가지며 얇은 2차원 시트로 쉽게 분리될 수 있습니다. A 요소는 층상 MAX 상 구조에서 전이 금속 탄화물 및/또는 질화물을 함께 유지하는 접착제 역할을 합니다. 연구자들은 2011년 최초의 MXene, 즉 Ti3C2Tx가 발명된 이후 60개 이상의 MXene 구성요소15, 17를 개발했으며 100개 이상의 잠재적인 MXene 구성요소15, 18를 계산적으로 예측했습니다. 강력한 화학적 안정성, 효율적인 전자기파 흡수 용량, 높은 전기 전도도 및 우수한 기계적 특성으로 인해 MXene은 금속 매트릭스 복합재를 포함한 다양한 응용 분야의 강화 재료로 유망했습니다.

최근 몇 년 동안 연구자들은 알루미늄20,21, 구리22,23,24,25, 니켈26, 티타늄27 및 마그네슘 합금11, 12을 포함한 다양한 금속의 강화재로 MXene을 사용하는 방법을 연구하고 광범위하게 개선된 금속 매트릭스 복합재를 생산했습니다. 금속 특성. 분말 야금법을 사용하여 마그네슘 합금 ZK61에 MXene을 첨가하면 압축 항복 강도, 극한 압축 강도 및 연성을 포함한 기계적 특성이 크게 향상되었습니다. 그러나 알려진 다수의 마그네슘 기반 재료에 대한 광범위한 이용 가능한 MXene의 효과를 이해하는 것은 보고된 MXene 강화 마그네슘 합금의 공식, 즉 ZK61-Ti3C2Tx만으로는 예측할 수 없습니다. 따라서 전통적인 혼합 프레스 소결(BPS) 분말 야금 공정을 사용하여 자체 개발한 Nb2CTx MXene을 사용하여 상업적으로 순수한 마그네슘을 강화하는 연구가 진행되었습니다. 물리적으로 혼합된 마그네슘-Nb2CTx MXenes 복합 분말을 압축하고 소결하여 MXene 강화가 미세 구조에 미치는 영향과 상업적으로 순수한 마그네슘의 기계적 특성을 연구했습니다.