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研究背景：

二維過渡金屬碳化物/氮化物MXene，以其出色的力學和界面可調(diào)性，成為超高溫復合材料領(lǐng)域的熱門二維納米增強相。但MXene在強化金屬或陶瓷時易氧化或相變，影響復合材料的力學性能和高溫應用。研究者常認為MXene高溫下會轉(zhuǎn)變?yōu)閷悠瑺钐蓟?，而非保持原態(tài)。這源于MXene表面過渡金屬原子層的高活性。相比之下，MXene的母相MAX相，如Ta₄AlC₃，因過渡金屬與A原子間的金屬鍵而高溫穩(wěn)定。若MXene表面金屬層能穩(wěn)定，則其結(jié)構(gòu)在高溫下亦可保持。Ti₃C₂T_x與TiC的結(jié)構(gòu)相似性，可能通過強界面約束穩(wěn)定Ti₃C₂T_x表面的Ti原子層，實現(xiàn)高溫相穩(wěn)定，并增強TiC基體的強韌性。這為MXene的高溫應用提供了新思路。

成果簡介：

圖1(a)凍干MXene粉末、高剪切混合的含有10wt.%Ti3C2Tx的TiC粉末和TiC-10wt%MXene復合材料塊體的XRD圖譜。(b)TiC和(c)TiC-5wt.%MXene復合材料的橫截面的SEM圖像，插圖為相應的高放大率圖像。(d)用FIB-SEM的鎢探針對層狀物質(zhì)進行分離取樣。(e)分離的層狀物質(zhì)的TEM圖像。(f)為(e)圖中方框區(qū)域內(nèi)層狀物質(zhì)的SAED圖像。

圖2 (a)在1900℃的50MPa單軸壓力和無壓條件下SPS燒結(jié)的TiC-50wt.%MXene復合材料的XRD圖譜。(b)在50MPa的單軸壓力和(d)無壓下，1900℃下通過SPS燒結(jié)的TiC-50wt.%MXene復合材料斷面的SEM圖像。(c)為(b)中方框區(qū)域的放大，(e)為(d)中突出顯示的區(qū)域的放大以及點1處的EDS結(jié)果。(f)Ti3C2O2/TiC(111)和(h)Ti3C2OF/TiC(111)界面的弛豫原子結(jié)構(gòu)。(g)Ti3C2O2/TiC(111)和(i)Ti3C2OF/TiC(111)界面的差分電荷密度，其中上部為俯視圖，下部為側(cè)視圖。

圖3 不同MXene含量的TiC-MXene復合材料的 (a) 彎曲強度、(b) 斷裂韌性和臨界能量釋放速率值。

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