不浸透性のグラフェン皮膚は、Mxene加熱要素の加熱効率と安定性を高めます

新たな2Dナノシート、つまりMxeneで作られたジュールヒーターは、非常に導電性で均一に層状の構造により、安定した熱生成を伴う低電圧動作の利点があります。しかし、自己加熱のMxeneシートは、温かく湿った環境で簡単に酸化され、固有の加熱効率が制限されます。ここでは、酸化的安定性とジュール加熱効率を高めるために、Mxeneの表面調節コーティングとして超甲状腺グラフェン皮膚が導入されています。皮膚層は、MXENEの優れた電気伝導率を悪化させることなく、スケーラブルな溶液層層ごとのアセンブリプロセスを使用してMxeneに堆積します。グラフェンの皮膚は、狭い疎水性チャネルで構成されており、これにより、グラフェンとMxene（GMX）のハイブリッドフィルムの水透過性が約70倍高くなり、肉付きの多いMxeneのそれよりも増加します。相補的な電気化学分析により、グラフェンの皮膚は、その曲がりくねった経路により、従来のポリマーコーティングよりも長期にわたる保護を促進することを確認します。さらに、低熱損失係数を備えたSP2平面炭素表面は、GMXの加熱効率を改善し、この戦略が扱いやすい電圧範囲と高ジュール加熱効率を備えた適応加熱材料の開発に有望であることを示しています。

A Joule heater made of emerging 2D nanosheets, i.e., MXene, has the advantage of low-voltage operation with stable heat generation owing to its highly conductive and uniformly layered structure. However, the self-heated MXene sheets easily get oxidized in warm and moist environments, which limits their intrinsic heating efficiencies. Herein, an ultrathin graphene skin is introduced as a surface-regulative coating on MXene to enhance its oxidative stability and Joule heating efficiency. The skin layer is deposited on MXene using a scalable solution-phased layer-by-layer assembly process without deteriorating the excellent electrical conductivity of the MXene. The graphene skin comprises narrow and hydrophobic channels, which results in ≈70 times higher water impermeability of the hybrid film of graphene and MXene (GMX) than that of the pristine MXene. A complementary electrochemical analysis confirms that the graphene skin facilitates longer-lasting protection than conventional polymer coatings owing to its tortuous pathways. In addition, the sp2 planar carbon surface with a low heat loss coefficient improves the heating efficiency of the GMX, indicating that this strategy is promising for developing adaptive heating materials with a tractable voltage range and high Joule heating efficiency.