Matériaux Nanolamellaires & 2D

Les phases M_n+1AX_n, ou phases “MAX”, sont des composés nano-lamellaires où M est un métal de transition des premières colonnes de la table de Mendeleiev, A appartient aux colonnes 13-16 et X représente les éléments C ou N. Elles ont été découvertes il y a plusieurs décennies. Les phases MAX cristallisent selon une structure hexagonale et combinent de manière unique des caractéristiques à la fois métalliques et céramiques. Dans l'axe Matériaux 2D & Nanolamellaires, nous synthétisons des monocristaux de phases MAX par croissance haute température en solution [1] et déterminons leurs propriétés physiques, avec un accent porté sur les anisotropies attendues de leur structure nanolamellaire. Pour citer quelques exemples, et en collaboration avec nos partenaires, nous avons mesuré les anisotropies de magnéto-transport [2], de structure de bandes [3] ou de la dispersion des modes de phonons [4]. Nous ne nous limitons pas aux carbures nanolamellaires, mais nous développons également des études sur des borures nanolamellaires [5] et des nanolaminats à base de terres rares [6].

Nous utilisons aussi nos cristaux de phases MAX et MAB pour étudier leur cinétique d'exfoliation [7] et pour produire des matériaux 2D en tant que MXènes en utilisant la chimie douce ou bien la synthèse assistée par sel foundu. La bibliothèque des matériaux 2D synthétisés inclut Ti₃C₂T_z, Ti₂CT_z, Ti₂C_0.5N_0.5T_z, Ti₃CNT_z, V₂CT_z, Nb₂CT_z, pour n'en nommer que quelques uns. Nous explorons les propriétés physiques des matériaux 2D synthétisés, en particulier leurs propriétés de transport, et leur intégration dans plusieurs applications, appartenant aux domaines des senseurs [8], du photovoltaique [9], et de l'énergie [10].

Nous conduisons notre activité de recherche à travers  un réseau riche de collaborations, impliquant l'Institut Néel (France), l'ESRF (France), l'Université Catholique de Louvain (Belgique), l'Université de Drexel (USA), l'Université de Nagoya (Japon), l'Institut Pprime (France) et l'Institut de Structure de la Matière (Italie).

[1] L. Shi et al. Acta Materialia 83, 304 (2015)
Synthesis of Single Crystals of V₂AlC Phase by High-Temperature Solution Growth and Slow Cooling Technique

[2] T. Ouisse et al. Physical Review B 92, 045133 (2015)
Magnetotransport Properties of Nearly-Free Electrons in 2D Hexagonal Metals and Application to the M_n+1AX_n Phases

[3] D. Pinek et al. Physical Review B 100, 075144 (2019)
Unified Description of the Electronic Structure of M₂AC Nanolamellar Carbides

[4] A. Champagne et al. Materials Research Letters 6, 378 (2018)
Phonon Dispersion Curves in Cr₂AlC Single-Crystals

[5] L. Verger et al. Journal of Applied Physics 124, 205108 (2018)
Anisotropic Thermal Expansions of Select Layered Ternary Transition Metal Borides: MoAlB, Cr₂AlB₂, Mn₂AlB₂, and Fe₂AlB₂

[6] Q. Tao et al. Physical Review Materials 2, 114401 (2018)
Rare-Earth (RE) Nanolaminates Mo₄RE₄Al₇C₄ Featturing Ferromagnetism and Mixed-Valence States

[7] Y. Kim et al. RSC Advances 10, 25266-25274 (2020)
Elementary Processes Governing V₂AlC Chemical Etching in HF

[8] H. Pazniak et al. Advanced Materials 33, 2104878 (2021)
2D Molybdenum Carbide MXenes for Enhanced Selective Detection of Humidity in Air

[9] A. Agresti et al. Nature Materials 18, 1228-1234 (2019)
Titanium-Carbide MXenes for Work Function and Interface Engineering in Perovskite Solar Cells

[10] S.A. Sergiienko et al. International Journal of Hydrogen Energy 46, 11636-11651 (2021)
MXene-Containing Composite Electrodes for Hydrogen Evolution: Material Design Aspects and Approaches for Electrode Fabrication