تیتانیوم آلومینیوم کاربید (Ti3AlC2)

تیتانیوم آلومینیوم کاربید (Ti₃AlC₂) Titanium Aluminum Carbide یکی از اصلی ترین و پرکاربردترین مواد از خانواده فاز مکس (MAX Phase) به شمار می رود.

ترکیب سه تایی تیتانیوم آلومینیوم کاربید (Ti₃AlC₂) با ساختار لایه ای در سیستم کریستالی شش ضلعی (سه لایه پک شده نزدیک از اتم های تیتانیوم که توسط لایه ای از اتم های آلومینیوم از هم جدا شده اند) و نقطه ذوب 1360 درجه سانتی گراد، عضوی از گروه پیشرفته ای از مواد سرامیکی به نام فازهای MAX است.

خانواده فاز مکس (MAX Phase) از کاربیدهای فلزات واسطه، کربونیتریدها و نیتریدها با فرمول کلی Mn+1AXn تشکیل شده است، که در آن M نشان دهنده فلزات واسطه (مانند Sc، Ti، Zr، Hf، V، Nb، Ta، Cr، Mo و غیره است. .) و X کربن و/یا نیتروژن است و A عناصر گروه 13 و 14 جدول تناوبی را نشان می دهد.

Ti₃AlC₂ دارای ترکیبی انحصاری از خصوصیات سرامیکی و فلزی مانند ماشینکاری خوب، سختی کم، مدول الاستیک بالا، چگالی کم، مقاومت در برابر شوک حرارتی برتر، استحکام بالا در دماهای بالا، ضریب انبساط حرارتی پایین، مقاومت در برابر اکسیداسیون بالا، خود روانکاری و رسانایی الکتریکی و حرارتی مثال زدنی. چنین ترکیب منحصر به فردی از خواص، Ti₃AlC₂ را به عنوان یک کاندیدای مطلوب برای کاربردهای دمای بالا معرفی می کند.

به ویژه، لازم به ذکر است که Ti3AlC2 یک ترکیب انحصاری است که شبه پلاستیک جالبی را در دمای اتاق نشان می دهد.

در سال 2011، خانواده جدیدی از مواد دو بعدی به نام MXenes با استفاده از فاز MAX توسط دانشمندان دانشگاه درکسل (پروفسور Gogotsi و همکاران) کشف شد. نام “MXene” برای توصیف شباهت‌های بین این خانواده مواد دو بعدی و گرافن و همچنین برای شناسایی فازهای کاربید سه تایی و نیتریدهای مادر، فازهای MAX، که MXen‌eها از آنها سنتز می‌شوند، داده شد.

Gogotsi و همکارانش برای سنتز مکسین Ti₃C₂T_x، ماده فاز مکس اولیه یعنی Ti₃AlC₂ را به مدت چند ساعت داخل محلول HF قرار دادند. به این ترتیب آلومینیوم فاز مکس از بین لایه ها حذف می گردد و ساختار لایه ای مکسین شکل می گیرد.

در دهه اخیر مطالعات زیادی روی روش های سنتز Ti₃C₂T_x شده است. شکل زیر انواع روش های اچینگ Ti₃AlC₂ را نشان می دهد.

به دلیل ساختار منحصر به فرد و شیمی سطح، مکسین ها دارای خواص بسیار عالی مانند آب دوستی، پایداری مکانیکی، سطح ویژه مناسب و رسانایی الکتریکی هستند که آنها را به کاندیدایی امیدوارکننده برای کاربردهای مختلف همچون ذخیره انرژی (باتری-ابرخازن)، سنسورها، الکترونیک، تصفیه آب، حذف مواد آلاینده، بیوشیمی، کاتالیست ها، الکترولیز آب، پیل سوختی، فوتوکاتالیست ها و … تبدیل می کند.

شکل زیر کاربردهای مختلف Ti₃C₂T_x را نشان می دهد.