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Nature Communication:高导电湿纺MXene纤维

文章来源:北科新材 浏览次数:4104时间:2020-08-10 QQ学术交流群:1092348845

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       Ti3C2Tx MXene是一类正在兴起的二维纳米材料,其具有杰出的导电性与电化学性能,在多功能宏观材料与纳米材料的制备中具有很大的潜力。最近,很多研究者们尝试通过湿纺与静电纺丝制备MXene基纤维,以MXene和聚合物的混合溶液作为纺丝液,或者是和MXene/rGO共组装的方式来制备。然而,相比于MXene与rGO的复合物的电导率(72-290 S cm-1),CNT纤维(26 S cm-1)以及PEDOT:PSS (1489 S cm-1)所具有的导电率,并没有充分利用纯Ti3C2Tx MXene固有的高电导率(9880 S cm-1)。对于湿纺纯MXene纤维来讲,关键的挑战在于其较小MXene片层间较差的层间接触所导致的较弱的自支撑。此外,分散液较低的浓度也进一步限制了MXene直接形成1D纤维形式。

     最近,韩国汉阳大学Tae Hee Han教授在国际知名学术期刊Nature Communication上发表题目为: Large-scale wet-spinning of highly electroconductive MXene fibers的研究论文,报道了一种通过大批量湿纺组装方式,制备直接的,持续可控的,无添加剂/粘结剂的方法纯MXene纤维。所制备的MXene片(平均尺寸5.11 μm2)在水中具有较高的浓度,不形成聚集且不会发生相分离。铵离子的引入可以使MXene片组装成柔性长尺度的纤维,并且具有非常高的导电性(7713 S cm-1

 

 

图1. MXene纤维的制备过程示意图。




图2. Ti3C2TxMXene的合成与表征。

 


图3. MXene纳米片的分散性及其相应的表征。

 

图4. 纯Ti3C2TxMXene纤维的湿纺过程。

 

图5.杨氏模量与导电性的对比。

本位报道了一种直接的可靠的合成策略,通过湿纺纺丝制备了一种无粘结剂/添加剂的,高纯1D MXene纤维,具有较高的导电性。相应的分散液具有较大的Ti3C2TxMXene尺寸(平均尺寸和长宽比分别为~5.11 μm2和1600),并且具有很高的浓度(25 mg mL-1)的稳定胶体溶液。所制备的MXene纤维作为电线去控制LED灯以及向耳机传输电学信号时具有杰出的性能。此外,MXene纤维展示出了较高的柔性与杰出的机械性能。所报道的湿纺策略为迟迅大批量的MXene纤维生产具有启示作用,证明了其在高性能,柔性可穿戴电子领域中有较大的应用潜力。


文献链接:

https://doi.org/10.1038/s41467-020-16671-1

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