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二维过渡金属碳/氮化合物复合纤维在智能可穿戴领域的应用进展

2021-09-26荣凯,樊威,王琪,张聪,于洋

纺织学报 2021年9期

荣 凯,樊 威,王 琪,张 聪,于 洋

(1.西安工程大学 纺织科学与工程学院,陕西 西安 710048;2.西安工程大学 功能性纺织材料及制品教育部重点实验室,陕西 西安 710048)

近年来,二维材料由于其独特的微观结构及出色的电学、力学特性引起了科学界的广泛关注。早在2004年,Novaselov等[1]通过机械剥离方法成功制备出了单层石墨烯,随后的十几年,科研工作者们通过各种方法成功制备了多种二维材料,如二硫化钼[2]和磷烯[3]等。2011年,Naguib等[4]首次利用湿法蚀刻成功制备了新型二维过渡金属碳化物(MXene)。该材料的表面末端含有大量氟、氧和羟基基团,这些基团在与纤维素基纤维接触时会产生氢键,使得MXene和纤维素基纤维紧密结合[5];同时,MXene还具有优异的力学性能、较大的比表面积[6]、高导电性(10 000 S/cm2)、高体积比电容(1 500 F/cm3)[7];此外,MXene还是一种绿色环保材料,其焚烧产生的废弃物大多是二氧化钛(TiO2)和二氧化碳(CO2),不会对环境造成破坏[8]。这些优势使得MXene在电磁屏蔽、超级电容器、柔性传感器等方面具有巨大的应用潜力,其与纺织品结合的前景十分广阔。

常见的复合纤维通常采用碳基材料作为添加剂,如碳纳米管和石墨烯,碳材料可均匀地分散到纤维中并与其紧密结合,从而提高复合纤维的导电性和电容性。近年来,MXene复合纤维由于能与纺织品紧密结合,且具有优异的电化学性能,因而得到了广泛的关注,但MXene本身容易被氧化[9-10],对生产环境要求高,难以大规模生产和应用。当MXene在高负载和使用固体凝胶作为电解质时极易重新堆叠[11-13],因此,如何保证MXene在生产应用时保持稳定性成了现阶段亟待解决的问题。……

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