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Effect of Synthesis on Quality, Electronic Properties and Environmental Stability of Individual Monolayer Ti3C2 MXene Flakes
Advanced Electronic Materials ( IF 5.3 ) Pub Date : 2016-11-02 , DOI: 10.1002/aelm.201600255 Alexey Lipatov 1 , Mohamed Alhabeb 2, 3 , Maria R. Lukatskaya 2, 3 , Alex Boson 1 , Yury Gogotsi 2, 3 , Alexander Sinitskii 1, 4
Advanced Electronic Materials ( IF 5.3 ) Pub Date : 2016-11-02 , DOI: 10.1002/aelm.201600255 Alexey Lipatov 1 , Mohamed Alhabeb 2, 3 , Maria R. Lukatskaya 2, 3 , Alex Boson 1 , Yury Gogotsi 2, 3 , Alexander Sinitskii 1, 4
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2D transition metal carbide Ti3C2Tx (T stands for surface termination), the most widely studied MXene, has shown outstanding electrochemical properties and promise for a number of bulk applications. However, electronic properties of individual MXene flakes, which are important for understanding the potential of these materials, remain largely unexplored. Herein, a modified synthetic method is reported for producing high‐quality monolayer Ti3C2Tx flakes. Field‐effect transistors (FETs) based on monolayer Ti3C2Tx flakes are fabricated and their electronic properties are measured. Individual Ti3C2Tx flakes exhibit a high conductivity of 4600 ± 1100 S cm−1 and field‐effect electron mobility of 2.6 ± 0.7 cm2 V−1 s−1. The resistivity of multilayer Ti3C2Tx films is only one order of magnitude higher than the resistivity of individual flakes, which indicates a surprisingly good electron transport through the surface terminations of different flakes, unlike in many other 2D materials. Finally, the fabricated FETs are used to investigate the environmental stability and kinetics of oxidation of Ti3C2Tx flakes in humid air. The high‐quality Ti3C2Tx flakes are reasonably stable and remain highly conductive even after their exposure to air for more than 24 h. It is demonstrated that after the initial exponential decay the conductivity of Ti3C2Tx flakes linearly decreases with time, which is consistent with their edge oxidation.
中文翻译：
合成对单层Ti3C2 MXene鳞片的质量，电子性能和环境稳定性的影响
二维过渡金属碳化物Ti 3 C 2 T x（T表示表面终止），是研究最广泛的MXene，具有出色的电化学性能，有望在许多批量应用中使用。但是，单个MXene薄片的电子性能（对于理解这些材料的潜力很重要）仍未得到充分开发。本文报道了一种改良的合成方法，用于生产高质量的单层Ti 3 C 2 T x薄片。制作了基于单层Ti 3 C 2 T x薄片的场效应晶体管（FET），并测量了它们的电子性能。单独的Ti 3C 2 T x薄片显示出4600±1100 S cm -1的高电导率和2.6±0.7 cm 2 V -1 s -1的场效应电子迁移率。与许多其他2D材料不同，多层Ti 3 C 2 T x膜的电阻率仅比单个薄片的电阻率高一个数量级，这表明电子通过不同薄片的表面末端具有出乎意料的良好电子传输。最后，使用制成的FET来研究Ti 3 C 2 T x的环境稳定性和氧化动力学在潮湿的空气中剥落。高质量的Ti 3 C 2 T x薄片相当稳定，即使暴露于空气中超过24小时也能保持高导电性。结果表明，在初始指数衰减之后，Ti 3 C 2 T x薄片的电导率随时间线性下降，这与它们的边缘氧化一致。
更新日期：2016-11-02
中文翻译：
合成对单层Ti3C2 MXene鳞片的质量，电子性能和环境稳定性的影响
二维过渡金属碳化物Ti 3 C 2 T x（T表示表面终止），是研究最广泛的MXene，具有出色的电化学性能，有望在许多批量应用中使用。但是，单个MXene薄片的电子性能（对于理解这些材料的潜力很重要）仍未得到充分开发。本文报道了一种改良的合成方法，用于生产高质量的单层Ti 3 C 2 T x薄片。制作了基于单层Ti 3 C 2 T x薄片的场效应晶体管（FET），并测量了它们的电子性能。单独的Ti 3C 2 T x薄片显示出4600±1100 S cm -1的高电导率和2.6±0.7 cm 2 V -1 s -1的场效应电子迁移率。与许多其他2D材料不同，多层Ti 3 C 2 T x膜的电阻率仅比单个薄片的电阻率高一个数量级，这表明电子通过不同薄片的表面末端具有出乎意料的良好电子传输。最后，使用制成的FET来研究Ti 3 C 2 T x的环境稳定性和氧化动力学在潮湿的空气中剥落。高质量的Ti 3 C 2 T x薄片相当稳定，即使暴露于空气中超过24小时也能保持高导电性。结果表明，在初始指数衰减之后，Ti 3 C 2 T x薄片的电导率随时间线性下降，这与它们的边缘氧化一致。
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