• 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.

• 한국재료학회지
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• 제32권5호
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• pp.264-269
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• 2022

Ti₃C₂T_x MXene, which is a representative of the two-dimensional MXene family, is attracting considerable attention due to its remarkable physicochemical and mechanical properties. Despite its strengths, however, it is known to be vulnerable to oxidation. Many researchers have investigated the oxidation behaviors of the material, but most researches were conducted at high temperatures above 500 ℃ in an oxidation-retarding environment. In this research, we studied changes in the structural and electrical properties of Ti₃C₂T_x MXene induced by low-temperature heat treatments in ambient conditions. It was found that a number of TiO₂ particles were formed on the MXene surface when it was mildly heated to 200 ℃. Heating the material to higher temperatures, up to 400 ℃, the phase transformation of Ti₃C₂T_x MXene to TiO₂ was accelerated, resulting in a TiO₂/Ti₃C₂T_x hybrid. Consequently, the metallic nature of pure Ti₃C₂T_x MXene was transformed to semiconductive behavior upon heat-treating at ≥ 200 ℃. The results of this research clearly demonstrate that Ti₃C₂T_x MXene may be easily oxidized even at low temperatures once it is exposed to air.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제30권3호
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• pp.111-118
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• 2023

높은 전기전도도와 우수한 기계적 강도, 열안정성을 가진 2차원 전이금속탄화물 또는 질화물인 MXene은 최근 가볍고 유연한 전자파 차폐 소재로 많은 주목을 받고 있다. 특히, Ti 기반의 Ti₃C₂T_x와 Ti₂CT_x는 방대한 MXene 계열 시스템에서 전기 전도성과 전자파 차폐 특성이 가장 우수한 것으로 보고되고 있다. 따라서, 본 연구에서는 Ti₃AlC₂와 Ti₂AlC의 층간 금속 에칭과 원심 분리법을 통하여 합성된 Ti₃C₂T_x와 Ti₂CT_x 분산용액을 진공 여과법을 이용하여 수 마이크로 두께의 필름을 제작하였으며, 고온 열처리 후에 필름의 전기전도도 및 전자파 차폐 효율을 측정하였다. 그리고, X선 회절법과 광전자 분광법을 이용하여 열처리 후의 Ti₃C₂T_x와 Ti₂CT_x 필름의 구조적 변화와 전자파 차폐에 미치는 영향을 분석하였다. 본 연구의 결과를 바탕으로 향후 소형 및 웨어러블 전자기기에 적용하기 위한 매우 얇고 가벼운 우수한 성능의 MXene 기반 전자파 차폐 필름을 위한 최적 구조를 제안하고자 한다.

• 한국방사성폐기물학회:학술대회논문집
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• 한국방사성폐기물학회 2018년도 추계학술논문요약집
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• pp.379-379
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• 2018

MXenes are a new family of 2D transition metal carbide nanosheets analogous to graphene (Lv et al., 2017; Sun et al., 2018). Due to the easy availability, hydrophilic behavior, and tunable chemistry of MXenes, their use in applications for environmental pollution remediation such as heavy metal adsorption has recently been explored (Li et al., 2017). In this study, three-dimensional (3D) MXene ($Ti_3C_2T_x$) films with high adsorption capacity, good mechanical strength, and high selectivity for specific radionuclide from aquose solution were successfully fabricated by a polymeric precursor method using vacuum-assisted filtration. The highest removal efficiency on the films was 99.54%, 95.61%, and 82.79% for $Sr^{2+}$, $Co^{2+}$, and $Cs^+$, respectively, using a film dosage of 0.06 g/ L in the initial radionuclide solution (each radionuclide concentration = 1 mg/L and pH = 7.0). Especially, the adsorption process reached an equilibrium within 30 min. The expanded interlayer spacing of $Ti_3C_2T_x$ sheets in MXene films showed excellent radionuclide selectivity ($Cs^+$ and/or $Sr^{2+}/Co^{2+}$) (Simon, 2017). Besides, the MXene films was not only able to be easily retrieved from an aqueous solution by filtration after decontamination processes, but also to selectively separate desired target radionuclides in the solutions. Therefore, the newly developed MXene ($Ti_3C_2T_x$) films has a great potential for radionuclide removal from aqueous solution.

• 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.

• Advances in nano research
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• 제13권3호
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• pp.259-267
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• 2022

Two-dimensional (2D) transition metal carbides/nitrides or "MXenes" belong to a diverse-class of layered compounds, which offer composition- and electric-field-tunable electrical and physical properties. Although the majority of the MXenes, including Ti₃C₂T_x, are metallic, they typically show semiconductor-like behaviour in their percolated thin-film structure; this is also the most common structure used for fundamental studies and prototype device development of MXene. Magnetoconductance studies of thin-film MXenes are central to understanding their electronic transport properties and charge carrier dynamics, and also to evaluate their potential for spin-tronics and magnetoelectronics. Since MXenes are produced through solution processing, it is desirable to develop deposition strategies such as inkjet-printing to enable scale-up production with intricate structures/networks. Here, we systematically investigate the extrinsic negative magnetoconductance of inkjetprinted Ti₃C₂T_x MXene thin-films and report a crossover from weak anti-localization (WAL) to weak localization (WL) near 2.5K. The crossover from WAL to WL is consistent with strong, extrinsic, spin-orbit coupling, a key property for active control of spin currents in spin-orbitronic devices. From WAL/WL magnetoconductance analysis, we estimate that the printed MXene thin-film has a spin orbit coupling field of up to 0.84 T at 1.9 K. Our results and analyses offer a deeper understanding into microscopic charge carrier transport in Ti₃C₂T_x, revealing promising properties for printed, flexible, electronic and spinorbitronic device applications.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제62권3호
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• pp.262-268
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• 2024

본 연구에서는 고성능 리튬이온전지용 음극 소재로써 2차원 구조의 티타늄 카바이드(MXene)와 나노 실리콘의 정전기적 결합을 통한 MXene/Si 음극 복합소재를 제조하였다. LiF/HCl을 이용하여 Ti₃AlC₂ MAX를 에칭해 Ti₃C₂T_x MXene을 제조하였으며, 정전기적 결합을 형성하기 위해 나노 실리콘의 표면을 CTAB (Cetyltrimethylammonium bromide)을 활용하여 양전하로 대전하였다. MXene/Si 음극 복합소재는 제조된 MXene과 대전 된 실리콘의 간단한 혼합 공정을 통해 성공적으로 제조되었다. 제조된 복합소재의 물리적 특성과 전기화학적 특성을 MXene과 실리콘의 조성비에 따라 조사하였으며, 전극의 안정성을 평가하기 위해 충·방전 사이클 후의 전극 표면을 분석하였다. MXene/Si 복합소재는 MXene 대비 실리콘 조성 비율이 2, 3 및 4로 증가할수록 1962.9, 2395.2 및 2504.3 mAh/g의 높은 초기 방전용량을 나타내었다. MXene과 실리콘 조성비가 1 : 4인 MXene/Si-4는 100 사이클에서 1387.5 mAh/g의 가역 용량과 74.5%의 용량 유지율을 나타내었으며, 4.0 C의 높은 율속에서도 700.5 mAh/g으로 높은 용량을 발현하였다. 이러한 결과를 통해 정전기적 결합으로 제조된 MXene/Si 복합소재는 고성능 리튬이온배터리용 음극소재로 적용 될 수 있다.

• 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.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제52권6호
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• pp.1201-1207
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• 2020

This study explored whether MXene (Ti₃C₂T_x) could remove radioactive Cs⁺ from model nuclear wastewater. Various adsorption tests were performed and the physical aspects of the interaction were investigated. We varied the MXene dosage, Cs⁺ initial concentration, solution pH, solution temperature and exposure time. MXene adsorption exhibited very fast kinetics, based on the fact that equilibrium was achieved within 1 h. MXene exhibited an outstanding adsorption capacity (148 mg g^-1) at adsorbent and adsorbate concentrations of 5 and 2 mg L^-1, respectively, at neutral pH condition (i.e., pH 7). We explored Cs⁺ adsorption by MXene in the presence of four different ions (NaCl, KCl, CaCl₂ and MgCl₂) and three different organic acids (sodium oleate, oxalic acid, and citric acid). The Cs⁺ removal rate changed in the presence of these components; adsorption of Cs⁺ by MXene thus involved ion exchange, supported by both Fourier-transform infrared spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy. We confirmed that MXene was re-usable for at least four cycles. MXene is cost-effective and practical when used to adsorb radionuclides (e.g., Cs⁺) in nuclear wastewater.

• 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.