基于多功能纤维制备的智能织物广泛应用于人类健康管理、人机交互、移动监测、智能机器人、疾病防护等人类生活中。MXene（Ti3C2Tx）纳米片由于其本身具有优异的力学、电学以及电磁屏蔽性能被认为是一种制备纤维器件的理想材料来源。目前，一些研究方法包括湿法纺丝、包裹法、静电纺丝法以及加捻法等来制备MXene纤维纳米复合材料。然而，由于MXene纳米片之间存在的结构缺陷（孔隙和褶皱）以及层间弱界面作用导致的层间疏松，使MXene纳米片的高力学性能和高电导率性能无法在纤维中得到充分的应用。因此，制备兼具高拉伸强度、高韧性以及高电导率的MXene纤维纳米复合材料是仍一个巨大的挑战。
除此之外，基于高力学性能和高电导率纤维的织物在日常生活中往往大面积用于覆盖在物体的表面（如穿着在人身体上）。然而，由于纤维织物长期暴露在环境或者与人体皮肤接触引发的物理冲击等影响，导致纤维的性能衰退而影响其长时间使用。同时，因受日常保养如水洗和烘干等影响，纤维变得更加敏感易碎。因此，为了解决这些问题，制备过程中原位在功能性纤维的表面形成一层保护层是解决以上问题行之有效的办法。但制备带有保护层的功能性纤维不仅需要额外的制备步骤，而且还会带来功能性纤维和外部保护层之间的界面作用问题。于是，开发出能够精确控制制备带有保护层且具有实用性功能性纤维的策略显得十分必要。
为此，新加坡南洋理工大学魏磊教授团队开发出一种连续且可控的制备路径来制备兼具高力学强度、高韧性以及高电导率的高密实MXene纤维纳米复合材料。该团队利用湿法纺丝和热拉法相结合于纤维表面原位形成聚碳酸酯（PC）聚合物保护层的同时来制备高密实性MXene纤维纳米复合材料（如图1）。由于界面协同作用和热拉诱导应力的协同作用，不仅提升了纤维的取向性，同时降低其孔隙率，使纤维密实化。制备出的带有保护层的高密性MXene纤维纳米复合材料不仅拥有高力学强度585.5 MPa、高韧性66.7 MJ m-3，还具有高电导率8802.4 S cm-1以及高机械循环耐久稳定性能。
图1. 界面作用与热拉诱导应力协同制备高密实MXene纤维过程示意图
同时，团队研究人员采用机织编织和人工编织两种方式实现了编织物的大面积编织制备（如图2）。由高密实MXene纤维纳米复合材料编织的织物不仅具有高电磁屏蔽性能和高电热热管理性能；同时还具有抗形变、耐水洗等织物特性。另外，织入的MXene纤维纳米复合材料并没有影响棉织物本身的织物特性如悬垂系数和水蒸气透过率等，证明了其具有很高的实用价值。因此，开发的制备策略为制备其他高密实功能性纤维纳米复合材料提供了理论依据和制备技术。
图2. 基于高密实MXene纤维纳米复合材料编织织物展示及织物性能
这一成果近期发表在Nature Communications 上，文章的通讯作者为魏磊教授和程群峰教授。
Ultra-compact MXene fibers by continuous and controllable synergy of interfacial interactions and thermal drawing-induced stresses
Tianzhu Zhou, Yangzhe Yu, Bing He, Zhe Wang, Ting Xiong, Zhixun Wang, Yanting Liu, Jiwu Xin, Miao Qi, Haozhe Zhang, Xuhui Zhou, Liheng Gao, Qunfeng Cheng & Lei Wei
Nat. Commun., 2022, 13, 4564, DOI: 10.1038/s41467-022-32361-6
https://www.x-mol.com/university/faculty/60211
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