从环境中转换机械能的动电效应由于不需要移动部件，很容易被小型化以用于微型应用，进而引起了人们持续的研究关注。然而，由于动电能量转换性能的有限，进而限制了其实际应用。
近日，厦门大学Huifang Miao，曹留烜副教授报道了一种具有超快渗透性和高离子选择性的通过与MEMS（微机电系统）加工技术相关的真空过滤制造的垂直取向MXene膜（VMMs）。
文章要点
1）研究人员首先通过真空过滤MXene分散体来制备MXene膜，由于高纵横比，MXene纳米片易于形成水平堆叠的HMMs。然后，将一块HMM夹住并垂直包裹在液态UV凝胶中。暴露于紫外线辐射约10分钟后，UV凝胶可固化。然后利用机械切割和抛光过程以减少膜的厚度以及离子减薄。这些步骤之后，研究人员获得了具有均匀的层状微结构和一定厚度的垂直取向的VMMs。
2）研究发现，垂直定向薄片之间的定向路径在VMM中提供了超快的离子渗透，比HMM中的离子渗透高大约1000倍。得益于优异的渗透率和选择性， VMMs可在液压驱动下实现8.17 A m-2的高电流，大大优于目前所开发的现有材料。理论分析和数值计算表明，VMMs中超快速传输的潜在机理源于其明显的短迁移路径，离子迁移过程中的低能量损耗以及膜表面上较大的有效入口面积。
研究结果有望极大推动动电能量转换器件的开发，并为高性能2D材料的设计和优化带来灵感。
Renjie Qu, et al, Vertically-Oriented Ti3C2Tx MXene Membranes for High Performance of Electrokinetic Energy Conversion, ACS Nano, 2020
DOI: 10.1021/acsnano.0c02202
https://dx.doi.org/10.1021/acsnano.0c02202