钒碳化铝;碳化钒铝 新品

V2AlC（钒二铝碳）材料全面介绍 V₂AlC 是MAX 相陶瓷材料家族中的重要成员，化学式为钒二铝碳，属于 211 型 MAX 相（n=1，通式为 M₂AX），兼具陶瓷和金属的双重优异性能，在多个高技术领域展现出巨大应用潜力。 一、基本定义与晶体结构 化学分类：三元过渡金属碳化物，M = 钒 (V)，A = 铝 (Al)，X = 碳 (C) 晶体结构： 六方晶系，空间群P6₃/mmc，Z=2 晶格参数：a=2.9107 (6) Å，c=13.136 (3) Å 层状排列：V 原子层与 Al 原子层交替排列，C 原子填充于 V 原子形成的八面体间隙中 V、Al、C 原子的 Wyckoff 位置分别为 4f (1/3, 2/3, z)、2d (1/3, 2/3, 3/4) 和 2a (0, 0, 0) 二、核心物理化学性质 表格 性能参数 数值 特点说明 密度 4.07 g/cm³ 低于传统陶瓷，轻量化优势明显 弹性模量 283 GPa 高刚度，接近金属合金水平 导电性 4×10⁶ S·m⁻¹ 金属级导电，可加工性好 热导率 48 W·m⁻¹·K⁻¹ 良好的散热性能，适合高温应用 抗氧化性 500℃以下稳定 高温环境中表现优异 断裂韧性 良好 优于普通陶瓷，抗热震性强 耐高压性 50 GPa 下结构稳定 极端条件下保持性能 三、主要制备方法 无压烧结法： 原料：V 粉、Al 粉、C 粉按化学计量比混合 工艺：1400-1600℃高温烧结，保温数小时 特点：设备简单，成本低，适合批量生产，可制备高纯 V₂AlC 放电等离子烧结 (SPS)： 特点：快速升温 (100-300℃/min)，短时间 (几分钟)，低温 (1200-1400℃) 优势：晶粒细小，致密度高，性能更优 微波烧结法： 特点：内部加热，温度均匀，能耗低，效率高 应用：适合制备块体材料，专利技术已开发 燃烧合成法 (SHS)： 特点：自蔓延高温合成，反应迅速，适合制备前驱体 优势：成本低，适合大规模生产 V₂AlC 用于制备 V₂CTₓ MXene 单晶制备： 方法：高温熔融法、化学气相输运法等 应用：基础研究和特殊器件制备 四、关键应用领域 结构材料与复合材料 耐磨材料：用于制造轴承、密封件等摩擦部件 金属基复合材料增强相：显著提高基体强度和耐磨性 高温结构件：航空航天发动机部件、热屏蔽材料 功能材料与涂层 导电陶瓷：高温电极、电刷材料 抗辐照涂层：核工业领域应用 耐腐蚀涂层：化工设备防护 能源与催化 MXene 前驱体：通过刻蚀 Al 层制备 V₂CTₓ MXene，用于超级电容器、锂离子电池等储能器件 催化材料：丙烷氧化脱氢反应催化剂，表现出优异的选择性和稳定性 3D 复合电极材料：V₂O₅@V₂AlC 复合材料用于超级电容器 其他新兴应用 生物医学：生物相容性良好，可用于植入材料 微电子：作为新型半导体材料或电极材料 传感器：利用其电、热性能制备高灵敏度传感器 五、作为 MXene 前驱体的特殊价值 V₂AlC 是制备V₂CTₓ MXene的关键前驱体，通过氢氟酸 (HF) 或氟化物盐溶液刻蚀去除 Al 层获得： V₂CTₓ MXene 具有更大的比表面积 (三层原子结构)，在电化学储能领域表现突出 从燃烧合成 MAX 相制备的 MXene 具有更大的薄片尺寸，性能与传统方法相当 应用：超级电容器、锂离子电池、电催化 (如氨合成) 等 六、研究进展与发展趋势 性能优化：通过固溶体合金化 (如 V-Cr-Al-C 体系) 进一步提高力学性能和高温摩擦学性能 绿色制备：开发无氟刻蚀技术，降低 MXene 制备环境风险 多功能复合：与其他材料复合 (如碳纳米管、石墨烯)，拓展应用边界 理论研究：第一性原理计算用于预测 V₂AlX (X=C、N) 相的热力学性能和电子结构 V₂AlC 凭借其独特的层状结构和优异的综合性能，正成为材料科学领域的研究热点，在能源、航空航天、电子信息等领域展现出广阔的应用前景。

关键应用领域

结构材料与复合材料

耐磨材料：用于制造轴承、密封件等摩擦部件

金属基复合材料增强相：显著提高基体强度和耐磨性

高温结构件：航空航天发动机部件、热屏蔽材料

功能材料与涂层

导电陶瓷：高温电极、电刷材料

抗辐照涂层：核工业领域应用

耐腐蚀涂层：化工设备防护

能源与催化

MXene 前驱体：通过刻蚀 Al 层制备 V₂CTₓ MXene，用于超级电容器、锂离子电池等储能器件

催化材料：丙烷氧化脱氢反应催化剂，表现出优异的选择性和稳定性

3D 复合电极材料：V₂O₅@V₂AlC 复合材料用于超级电容器

其他新兴应用

生物医学：生物相容性良好，可用于植入材料

微电子：作为新型半导体材料或电极材料

传感器：利用其电、热性能制备高灵敏度传感器

五、作为 MXene 前驱体的特殊价值

V₂AlC 是制备V₂CTₓ MXene的关键前驱体，通过氢氟酸 (HF) 或氟化物盐溶液刻蚀去除 Al 层获得：

V₂CTₓ MXene 具有更大的比表面积 (三层原子结构)，在电化学储能领域表现突出

从燃烧合成 MAX 相制备的 MXene 具有更大的薄片尺寸，性能与传统方法相当

应用：超级电容器、锂离子电池、电催化 (如氨合成) 等

00:08:38