• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제29권1호
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• pp.17-33
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• 2022

2011년 Naguib 그룹에서 처음 보고한 Ti₃C₂T_X MXene은 우수한 친수성, 전기 전도성 및 기계적/화학적 안정성으로 인해 큰 주목을 받고 있다. 특히, MXene은 수 나노미터 두께를 지닌 2차원 물질이므로 유연성을 확보하기에 용이하기 때문에 스마트 센서, 에너지 하베스팅/저장 시스템, 수퍼커패시터 및 전자기 차폐 시스템 등 여러 분야에 적용하고자 한 연구 결과가 많이 보고되었다. 본 논문에서는 Ti₃C₂T_X MXene의 다양한 합성 공정 및 특성에 대해 간략히 소개한 후, Ti₃C₂T_X MXene을 유연 전극 물질로 이용한 최근 연구 결과를 알아보고자 한다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제30권3호
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• pp.20-34
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• 2023

수 나노미터의 두께의 단일 또는 여러 층으로 구성된 2차원 소재는 전기전도성, 유연성, 광학적 투명성 등의 고유한 특성으로 많은 연구 분야에서 활용되고 있다. 이 중 Electronic skin (E-Skin)이나 Smart Textile 과 같은 반복적인 기계적 동작이 수반될 수 있다. 또한, 온도, 습도, 압력과 같은 외부적 요인에 노출이 되는 경우가 빈번하다. 이 때, 소자의 내구성과 수명 저하를 유발하기 때문에 자가 치유 특성이 내포된 소자를 제작하기 위한 연구가 많이 이루어지고 있다. 최근 다양한 2차원 소재 중 자가 치유 기능을 구현할 수 있는 Ti₃Ci₂Ti_x MXene 기반 전극의 복합 소재의 연구 결과가 학계의 주목을 받고 있다. 본 논문에서는 Ti₃Ci₂Ti_x MXene의 다양한 합성 방법 및 특성에 대해 소개한 후, Ti₃Ci₂Ti_x MXene 전극 기반의 자가 치유 적용 기술 사례에 대해 알아보고자 한다.

• Advances in nano research
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• 제15권1호
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• pp.1-13
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• 2023

Ti₃C₂T_x MXene, a 2D material, is known to exhibit unique characteristics that are strongly dependent on surface termination groups. Here, we developed a novel annealing approach with Ca as a reducing agent to simultaneously remove F and O groups from the surface of multilayered MXene powder. Unlike H₂ annealing that removes F effectively but has difficulty in removing O, annealing with Ca effectively removed both O and F. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and energy dispersive X-ray spectroscopy revealed that the proposed approach effectively removed F and O from the MXene powder. The results of O/N analyses showed that the O concentration decreased by 57.5% (from 2.66 to 1.13 wt%). In addition, XPS fitting showed that the volume fraction of metal oxides (TiO₂ and Al₂O₃) decreased, while surface termination groups (-O and -OH) were enhanced, which could increase the hydrophilic and adsorption properties of the MXene. These findings suggest that when F and O are removed from the MXene powder, the interlayer spacing of its lattice structure increases. The proposed treatment also resulted in an increase in the specific surface area (from 5.17 to 10.98 m²/g), with an increase in oxidation resistance temperature in air from ~436 to ~667 ℃. The benefits of this novel technology were verified by demonstrating the significantly improved cyclic charge-discharge characteristics of a lithium-ion battery with a Ca-treated MXene electrode.

• 멤브레인
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• 제33권4호
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• pp.181-190
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• 2023

폐수 처리는 담수 공급의 수요를 맞추고 동시에 환경 오염을 제어하기 위한 가장 중요한 기술 중 하나이다. 여러 종류의 증류법과 역삼투 공정과 같은 다양한 기술은 더 높은 에너지 투입을 필요로 한다. 축전식 탈염(CDI) 기술은 전력 소비가 매우 적어 슈퍼커패시터 원리에 기반한 대안으로 떠오르고 있다. 공정의 효율성을 향상시키기 위해 전극 재료를 개선하기 위한 연구가 계속되고 있다. 역전기투석은 가장 일반적으로 사용되는 담수화 기술 및 삼투압 발전기이다. 역전기투석의 효율을 향상시키기 위해 수행된 많은 연구 중, 맥신(MXene)은 이온교환막 및 2차원 나노유체 채널로서 역전기투석의 물리적 및 전기화학적 특성을 향상시킬 수 있는 유망한 방법으로 떠오르고 있다. 맥신은 단독 사용뿐만 아니라 다른 물질들이 맥신과 혼합되어 복합막의 성능을 더욱 향상시킨다. 전처리를 거치거나 Ti₃C₂T_x, 나피온 등을 포함한 이종구조를 가진 맥신은 각각 최대 담수화 성능 측정 결과를 통해 담수화 산업에서 유망한 재료로 맥신의 잠재력을 입증했다. 역전기투석을 통한 삼투압 발전 산업에서 이온교환막에서 비대칭 나노유체 이온 채널에 맥신을 사용함으로써 최대 삼투압 출력 밀도를 크게 향상시켰으며, 대부분 상용화 기준값인 5 Wm^-2를 넘었다. 일정 개수의 단위체를 연결함으로써 매개체의 도움 없이 전자기기에 직접적으로 전력을 공급할 수 있는 수준의 전압이 출력됐다. 본 리뷰에서는 맥신 복합막을 기반으로 한 전기투석 공정의 최근 연구들에 대해 설명한다.

• Composites Research
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• 제32권5호
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• pp.296-300
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• 2019

2D 전이금속 탄화물(MXenes) 가운데, 타이타늄 기반의 $Ti_3C_2$는 뛰어난 전기전도성과 전기화학적 특성 및 표면작용기의 영향으로 이차 전지와 슈퍼캐패시터와 같은 에너지저장장치의 유망한 전극 물질로 각광받고 있다. 전극으로서 $Ti_3C_2$의 사용은 이온이 반응할 수 있는 표면적을 넓혀줄 뿐만 아니라, 이온의 확산 거리를 줄여주고, 전하의 운동을 향상시켜준다. 이 연구에서, 효율적으로 MAX phase로부터 $Ti_3C_2$를 합성하는 방법을 통해 리튬이온배터리에서 MXene기반의 전극 물질을 위한 새로운 방향을 제시하고자 한다.

• 한국분말재료학회지
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• 제28권2호
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• pp.150-163
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• 2021

Interest in eco-friendly materials with high efficiencies is increasing significantly as science and technology undergo a paradigm shift toward environment-friendly and sustainable development. MXenes, a class of two-dimensional inorganic compounds, are generally defined as transition metal carbides or nitrides composed of few-atoms-thick layers with functional groups. Recently MXenes, because of their desirable electrical, thermal, and mechanical properties that emerge from conductive layered structures with tunable surface terminations, have garnered significant attention as promising candidates for energy storage applications (e.g., supercapacitors and electrode materials for Li-ion batteries), water purification, and gas sensors. In this review, we introduce MXenes and describe their properties and research trends by classifying them into two main categories: transition metal carbides and nitrides, including Ti-based MXenes, Mo-based MXenes, and Nb-based MXenes.