Conférence : « MXènes 2D et autres matériaux atomiquement minces – Les briques élémentaires des technologies du futur »

Organisateurs : Professeure Dongling Ma

Résumé : Les MXènes constituent une famille en pleine expansion de carbures, nitrures et carbonitrures de métaux de transition bidimensionnels (2D), initialement obtenus à partir de phases MAX stratifiées par gravure sélective. Contrairement à de nombreux autres matériaux 2D, les MXènes combinent conductivité métallique et hydrophilie de surface, offrant un équilibre unique de propriétés électriques, chimiques et mécaniques. Leur formule générale, Mₙ₊₁XₙTₓ (où M représente un métal de transition précoce, X représente C et/ou N, et Tₓ représente des groupements de surface tels que –O, –OH, des halogènes ou des chalcogènes), souligne le rôle crucial de la chimie de surface dans la modulation de leurs propriétés.

Comparés au graphène, les MXènes présentent généralement une mobilité intrinsèque des porteurs plus faible, mais offrent une réactivité de surface et une modularité des propriétés. Alors que le graphène est chimiquement inerte et hydrophobe, les MXènes sont chimiquement actifs et facilement dispersibles dans l’eau, permettant leur mise en œuvre en solution et leur fabrication à grande échelle. Contrairement aux matériaux 2D semi-conducteurs tels que le MoS₂, le WS₂ et d’autres dichalcogénures de métaux de transition (TMD), qui présentent des bandes interdites importantes et une conductivité limitée, les MXènes métalliques sont intéressants pour les applications nécessitant un transport de charge efficace (encres conductrices, électrodes, etc.). Les MXènes se distinguent également des matériaux 2D isolants, comme le BN, par leur combinaison d’une conductivité électrique élevée (supérieure à celle du rGO) et d’une grande résistance mécanique. Leur morphologie 2D permet une intercalation et un transport rapides des ions. De plus, la présence de terminaisons de surface permet de contrôler le travail de sortie, la structure électronique et les interactions interfaciales – des propriétés rarement observées dans d’autres systèmes 2D.
En résumé, les MXènes occupent une place unique dans le paysage des matériaux 2D. Leur chimie de surface modulable, leur conductivité métallique, leur grande robustesse mécanique et leur compatibilité avec les procédés de traitement par voie humide permettent un large éventail d’applications dans le stockage d’énergie, la gestion thermique, la détection, le blindage contre les interférences électromagnétiques (IEM) et l’optoélectronique. Leur résistance extrême et leurs propriétés fonctionnelles remarquables sont essentielles au développement d’hybrides avec d’autres matériaux 2D et de matériaux multifonctionnels assemblés, présentant une combinaison de propriétés impossible à obtenir avec un seul matériau connu.

Biographie : Yury Gogotsi est professeur émérite et titulaire de la chaire Bach au département de science et génie des matériaux de l’université Drexel (Philadelphie, États-Unis). Il est le directeur fondateur de l’Institut des nanomatériaux A.J. Drexel. On lui attribue des contributions majeures au développement de matériaux pour supercondensateurs, à la découverte d’une vaste famille de carbures et nitrures 2D appelés MXènes, et à l’ajustement de la porosité des carbones dérivés de carbures avec une précision subnanométrique. Il a publié la première observation microscopique de l’eau à l’intérieur de nanotubes de carbone, découvert les nanotubes polygonaux (cristaux polyédriques de graphite) et fondé le domaine de la science des surfaces à haute pression. L’impact de ses travaux est attesté par plus de 330 000 citations. En 2024, le classement de Stanford le plaçait au 21e rang mondial parmi tous les scientifiques, toutes disciplines confondues, et au 2e rang en nanoscience et nanotechnologie.

*Le séminaire sera présenté en anglais.
** N’oubliez pas d’apporter votre tasse.