二维Ti3C2Tx MXene薄片的各向异性导电性：空间分辨阻抗分析揭示电子传输机制

日本东北工业大学团队通过喷射研磨法制备超薄Ti3C2Tx MXene薄片（30-50 nm），结合定制扫描探针显微技术（SPM）的阻抗分析，首次在实验层面证实其显著的面内/面外电导率各向异性（横向电阻低至界面电阻1/10），为定向电荷传输器件设计提供关键理论支撑，推动MXene在柔性电子与储能领域的应用突破。

　　

在材料科学领域，二维过渡金属碳氮化物（MXene）自2011年问世以来，因其独特的层状结构和卓越的导电性成为研究热点。其中Ti₃C₂T_x（T= -O/-F/-OH）作为典型代表，在超级电容器、电磁屏蔽等领域展现出巨大潜力。然而，尽管宏观导电性能已被广泛研究，纳米尺度下单个MXene薄片的电子传输行为仍存在认知空白——表面官能团分布不均、层间堆叠方式等因素如何影响局部电导率？这一问题的解答对开发高性能微型化器件至关重要。

日本东北工业大学的Norihiro Shimoi教授团队在《Inorganic Chemistry Communications》发表研究，创新性地采用喷射研磨（jet milling）法制备厚度30-50 nm的Ti₃C₂T_x薄片，通过自主搭建的扫描探针显微镜-阻抗谱联用系统（SPM-impedance spectroscopy）实现空间分辨电学表征。该技术突破传统体相测量的局限，首次在实验层面揭示MXene薄片的本征各向异性导电机制。

关键技术方法
研究团队通过高压气体喷射研磨剥离MAX相前驱体，结合UV-Vis和拉曼光谱验证薄片质量；采用定制SPM系统在铝基底上定位测量单个薄片的阻抗特性，通过Nyquist图谱解析面内（in-plane）与面外（out-of-plane）电阻分量；辅以电子传输路径模拟阐明导电各向异性的结构根源。

研究结果

1. 材料表征：UV-Vis吸收峰红移至750 nm证实成功剥离，拉曼光谱显示保留表面官能团的特征峰（如650 cm^-1处Ti-C振动）。
2. 阻抗分析：Nyquist图谱显示横向电阻（1.2 kΩ）仅为垂直方向（12 kΩ）的1/10，接触界面电阻（15 kΩ）成为限制电子跨层传输的关键瓶颈。
3. 空间分辨测量：探针位置依赖性实验表明，电子优先沿MXene基面（basal plane）传导，堆叠薄片间存在明显的导电路径选择性。

结论与意义
该研究首次通过纳米尺度实验证实Ti₃C₂T_x薄片存在显著导电各向异性，其本质源于二维晶体结构中面内金属-碳键的连续性与层间范德华力的弱耦合特性。这一发现为MXene基器件的结构设计提供关键指导：在储能电极中定向排列薄片可最大化利用面内高导电通道，而传感器件则需优化界面接触以降低垂直电阻。研究团队提出的SPM阻抗分析方法为二维材料纳米电学表征建立了新范式，推动MXene从宏观应用向纳米电子器件领域拓展。