MXene在2011年第一次被Yury Gogotsi课题组报道。它是一类具有二维层状结构的金属碳化物和金属氮化物材料，是目前最具潜力的纳米材料。通过HF酸刻蚀的方法，目前已有将近30种具有不同原子结构的MXene被合成。MXene具有高导电率，高强度和良好的亲水性能等优点，在锂离子电池，超级电容器等领域中具有广泛的应用前景。理解MXene与其他材料的范德瓦尔斯（vdW）相互作用对于MXene在实际应用中的组装过程具有至关重。目前还未出现相关方面的实验研究。

有鉴于此，美国密苏里科技大学吴承霖教授课题组和Vadym Mochalin教授课题组使用表面覆盖二氧化硅的探针，通过原子力显微镜实验探究了最为常见的两种MXene（Ti₃C₂T_x和Ti₂CT_x）与二氧化硅，石墨烯与二氧化硅，以及二氧化硅与二氧化硅之间的vdW相互作用力，并且在考虑表面粗糙度的条件下得到粘附能。结果表明，MXene与二氧化硅之间的粘附能与石墨烯与二氧化硅之间的粘附能，以及二氧化硅与二氧化硅之间的粘附能在一个数量级上。Ti₃C₂T_x与二氧化硅的粘附能（0.90±0.03 J m^-2）要大于Ti₂CT_x的0.40±0.02 J m^-2，这是由于单层Ti₃C₂T_x的原子结构厚度要大于单层Ti₂CT_x的原子结构厚度。对比单层与多层的MXene与二氧化硅的粘附能发现，粘附能没有随着层数的增加而发生变化。然而，一层石墨烯的粘附能（0.58±0.02 J m^-2）要小于两层（1.36±0.02 J m^-2）和三层石墨烯的粘附能（1.33±0.03 J m^-2）。这是由于MXene的层间距是石墨烯层间距的两倍。此外，在6%到24%的湿度范围内，MXene与二氧化硅之间的粘附能不会受到湿度变化的影响。但是，MXene的氧化过程会减少粘附能。Dr. Gogotsi 对本文是这样评价的：发现二氧化硅与MXene之间的粘附能与二氧化硅与单层石墨烯之间的粘附能在同一个数量级上是十分重要的，因为这说明MXene会比石墨烯有更大的应用前景。

Yanxiao Li, Shuohan Huang, Congjie Wei, Chenglin Wu, Vadym N. Mochalin, Adhesion of two-dimensional titanium carbides (MXenes) and graphene to silicon, Nature Communications, 2019.

DOI: 10.1038/s41467-019-10982-8

https://www.nature.com/articles/s41467-019-10982-8

Fig. 1 a Schematic representation of AFM indentation experiment, b AFM image and surface profile along the white line across the Ti₃C₂T_x flake deposited on SiO₂ coated Si substrate

Fig. 2 Force versus displacement graphs: a approach and withdrawal for 5-monolayer Ti3C2Tx sample and cartoons illustrating relative positions of the tip and the sample during different key stages of the AFM indentation process, b approach, c withdrawal for different samples

Fig. 3 a Adhesion energy for all measured samples (since adhesion energy of Ti3C2Tx and Ti2CTx thin films is independent of the film thickness, MXene films with different number of monolayers are represented by one symbol in the graph), b average adhesion energies with error bars indicating standard deviations