Un nouveau pas vers le contrôle des propriétés des MXènes
Les MXènes sont une famille récente et prometteuse de matériaux 2D qui, grâce à la variété des atomes les composant, offrent un grand éventail de propriétés. Des scientifiques de l’IC2MP, de l’Institut P' et de l’ISTerre ont montré que les propriétés conductrices de ces matériaux sont intimement liées à leur désordre cristallin. Ces travaux, publiés dans la revue Chemistry of Materials, pourraient améliorer notre compréhension de ces matériaux 2D et de leurs propriétés physiques.
Matériaux en feuillets découverts en 2011, les MXènes offrent une plus grande versatilité chimique que le matériau 2D de référence : le graphène. Celui-ci est en effet uniquement formé de carbone, quand les MXènes suivent la formule Mn+1Xn, où n est compris entre 1 et 3, M est un métal de transition et X est soit du carbone, soit de l’azote. En modulant leur composition, les MXènes présentent des performances très prometteuses dans des applications aussi diverses que les batteries, les supercondensateurs, le traitement de l’eau, les piles à combustible, le blindage électromagnétique, les films conducteurs transparents ou encore la nanomédecine.
Des chercheurs de l’Institut de chimie des milieux et matériaux de Poitiers (IC2MP, CNRS/Université de Poitiers), de l’Institut Pprime (P’, CNRS) et de l’Institut des sciences de la Terre (ISTerre, CNRS/Université Savoie Mont-Blanc/IRD/IFSTTAR/Université Grenoble Alpes) sont parvenus à prédire l’évolution de la résistance électrique des MXènes en fonction de l’humidité sur la base du désordre cristallin. Ces matériaux 2D se comportent en effet parfois comme des argiles naturelles : leur hydratation provoque l’insertion de molécules d’eau stabilisées entre les feuillets qui composent les MXènes. Cela entraîne un désordre structural, ou interstratification, un phénomène peu connu des chimistes et des physiciens, mais très étudié dans le domaine des géosciences. Ces travaux interdisciplinaires pourront inspirer de nouveaux capteurs d’humidité mais aussi permettre de prédire d’autres propriétés physiques des MXènes.
Référence
Stéphane Célérier, Simon Hurand, Cyril Garnero, Sophie Morisset, Mohamed Benchakar, Aurelien Habrioux, Patrick Chartier, Vincent Mauchamp, Nathaniel Findling, Bruno Lanson et Éric Ferrage
Hydration of Ti3C2Tx MXene: An Interstratification Process with Major Implications on Physical Properties
Chemistry of Materials - Décembre 2018