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公開番号2025171910
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-11-20
出願番号2024171820
出願日2024-09-30
発明の名称層間非対称整列された多重元素マックス(MAX)相とマキシン(MXene)、及びこれらの製造方法
出願人個人,KOREA ADVANCED INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
代理人弁理士法人タス・マイスター
主分類C01B 32/90 20170101AFI20251113BHJP(無機化学)
要約【課題】層間非対称整列された多重元素マックス相及びマキシンを提供する。
【解決手段】開示されたマックス相は、複数の遷移金属層を含むM(_n+1)AX_nの層状構造を有し(nは、自然数であり、n及びn+1は、層状の数を示す)、Mは、2以上の遷移金属元素を含み、Xは、窒素又は炭素を含み、Aは、13族元素、14族元素、15族元素、及び16族元素より選ばれた互いに異なる第1の元素及び第2の元素を少なくとも含み、前記第1の元素及び前記第2の元素の原子半径の差は、0.1Å以上であり、前記遷移金属層のうち、互いに反対される外角層に対応する第1の遷移金属層と第2の遷移金属層は、互いに異なる組成を有することで,マックス相とマキシンは層間非対称整列構造を有する。
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項１】
複数の遷移金属層を含むＭ（
ｎ＋１
）ＡＸ
ｎ
の層状構造を有し（ｎは、自然数であり、ｎ及びｎ＋１は、層状の数を示す）、
Ｍは、２以上の遷移金属元素を含み、
Ｘは、窒素又は炭素を含み、
Ａは、１３族元素、１４族元素、１５族元素、及び１６族元素より選ばれた互いに異なる第１の元素及び第２の元素を少なくとも含み、
前記第１の元素及び前記第２の元素の原子半径の差は、０．１Å以上であり、
前記遷移金属層のうち、互いに反対される外角層に対応する第１の遷移金属層と第２の遷移金属層は、互いに異なる組成を有することで層間非対称整列構造を有することを特徴とするマックス（ＭＡＸ）相。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
Ａの前記第１の元素は、Ａｌであり、前記第２の元素は、Ｓｎであることを特徴とする請求項１に記載のマックス相。
【請求項３】
ＡｌとＳｎのモル比は、１．８：１～２．２：１であることを特徴とする請求項２に記載のマックス相。
【請求項４】
前記マックス相は、３１２相を有することを特徴とする請求項１に記載のマックス相。
【請求項５】
Ｍは、３以上の元素を含み、
前記第１の遷移金属層において最も含量が高い元素は、Ｍの元素のうち、原子番号が最も高い元素であり、
前記第２の遷移金属層において最も含量が高い元素は、Ｍの元素のうち、原子番号が最も低い元素であることを特徴とする請求項１に記載のマックス相。
【請求項６】
前記遷移金属層は、前記第１の遷移金属層と前記第２の遷移金属層の間に配置された第３の遷移金属層を更に含み、
Ｍは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、及びＴａを含み、
前記第１の遷移金属層において最も含量が高い元素は、Ｔｉであり、
前記第２の遷移金属層において最も含量が高い元素は、Ｔａであり、
前記第３の遷移金属層において最も含量が高い元素は、Ｈｆであることを特徴とする請求項１に記載のマックス相。
【請求項７】
前記遷移金属層は、前記第１の遷移金属層と前記第２の遷移金属層の間に配置された第３の遷移金属層を更に含み、
Ｍは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、及びＴａを含み、
ＴｉとＴａは、前記第３の遷移金属層において、最も含量が低く、
Ｚｒ及びＨｆは、前記第２の遷移金属層において、最も含量が低いことを特徴とする請求項１に記載のマックス相。
【請求項８】
複数の遷移金属層を含むＭ（
ｎ＋１
）Ｘ
ｎ
の層状構造を有し（ｎは、自然数であり、ｎ及びｎ＋１は、層状の数を示す）、
Ｍは、２以上の遷移金属元素を含み、
Ｘは、窒素又は炭素を含み、
前記遷移金属層のうち、互いに反対される外角層に対応する第１の遷移金属層と第２の遷移金属層は、互いに異なる組成を有することで、層間非対称整列構造を有することを特徴とするマキシン（ＭＸｅｎｅ）。
【請求項９】
前記マキシンは、３１２相を有することを特徴とする請求項８に記載のマキシン。
【請求項１０】
Ｍは、３以上の元素を含み、
前記第１の遷移金属層において最も含量が高い元素は、Ｍの元素のうち、原子番号が最も高い元素であり、
前記第２の遷移金属層において最も含量が高い元素は、Ｍの元素のうち、原子番号が最も低い元素であることを特徴とする請求項８に記載のマキシン。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、マキシン（ＭＸｅｎｅ）に関する。より詳しくは、本発明は、層間非対称整列された多重元素マックス（ＭＡＸ）相とマキシン（ＭＸｅｎｅ）、及びこれらの製造方法に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
マキシン（ＭＸｅｎｅ）は、対応する３次元のマックス相（Ｍ（
ｎ＋１
）ＡＸ
ｎ
）から由来した一般式Ｍ（
ｎ＋１
）Ｘ
ｎ
を有する２次元物質であって、Ｍは、前周期遷移金属（Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒ、及びＭｏ）であり、Ａは、１３族及び１４族元素を含み、Ｘは、炭素又は窒素である。
【０００３】
マキシンは、マックス相をエッチングし、Ｍ－Ａ結合を除去して得られる。マキシンは、高い非表面積と電気伝導率を有し、独特な光学的特性を有しており、バッテリー、光触媒、センサ、環境浄化、電磁波遮蔽など、様々な箇所に応用可能な新素材である。このようなマキシンの特性を制御するために、様々な遷移金属を混合して製造する手法を取ることができ、このため、その転写体である安定した固溶体のマックス相が見出されている。
【０００４】
現在まで、様々な化学的整列状態のマックス相が見出されている。例えば、マックス相は、整列状態により、遷移金属がムラなく混ざっている完全な固溶体（ｓｏｌｉｄ－ｓｏｌｕｔｉｏｎ）のマックス相、中心の遷移金属層と外側面の遷移金属層の金属組成が異に整列される層間整列（ｏｕｔ－ｏｆ－ｐｌａｎｅｏｒｄｅｒｅｄ）マックス相、それぞれの遷移金属層内で独特な整列状態となる面内整列（ｉｎ－ｐｌａｎｅｏｒｄｅｒｅｄ）マックス相が見出された。
【０００５】
このうち、層間整列されたマキシン（例えば、Ｍｏ
２
ＴｉＣ
２
）の場合、従来のマキシン（Ｔｉ
３
Ｃ
２
）とは異なり、半導体的性質を呈しており、負の温度抵抗係数を有することができ、中心原子層の元素と外側面原子層の元素に調整することで、反磁性又は常磁性物質に変換することができる。
【０００６】
従来の層間整列マックス相又はマキシンの場合、Ｍ’’２Ｍ’ＡＸ２、又は、Ｍ’’２Ｍ’２ＡＸ３のような形態で、中心の遷移金属層（Ｍ’）から外側面の２つの遷移金属層（Ｍ’’）が対称的に整列されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
中国公開特許１１６１１９６６８号
【非特許文献】
【０００８】
ＣｈｅｍｉｃａｌｌｙｃｏｍｐｌｅｘｄｏｕｂｌｅｓｏｌｉｄｓｏｌｕｔｉｏｎＭＡＸｐｈａｓｅ－ｂａｓｅｄｃｅｒａｍｉｃｓｉｎｔｈｅ（Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ）－（Ａｌ，Ｓｎ）－Ｃｓｙｓｔｅｍ，ＭａｔｅｒｉａｌｓＲｅｓｅａｒｃｈＬｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ１０，２，２０２２，５２－６１
非特許文献２：Ｔａ－ｂａｓｅｄ４１３ａｎｄ２１１ＭＡＸｐｈａｓｅｓｏｌｉｄｓｏｌｕｔｉｏｎｓｗｉｔｈＨｆａｎｄＮｂ，ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＥｕｒｏｐｅａｎＣｅｒａｍｉｃＳｏｃｉｅｔｙ，４０，２０２０，１８２９－１８３８（２０１９－１２－２７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、層間非対称整列された多重元素マックス相及びマキシンを提供することである。
【００１０】
本発明の他の目的は、前記マックス相及びマキシンの製造方法を提供することである。
（【００１１】以降は省略されています）

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