二維（2D）納米材料與塊體材料相比，比表面積高、表面化學多樣，具有極好的電、化學、物理和機械性能，很容易組裝成納米結(jié)構(gòu)。將2D的氧化石墨組裝成一維（1D）的碳基纖維是將納米材料宏觀化的一個重要進展。石墨烯纖維展示出輕量、機械柔性、彎折性、可拉伸性以及可以編織進織物的性能，可以作為新一代智能電子。2D納米片宏觀組裝成1D纖維的一個實用方法是濕法紡絲，通過紡絲液的凝膠化及凝固浴的固化成纖維可以實現(xiàn)連續(xù)大規(guī)模的制備。
2011年首次報道的一種新型2D過渡金屬碳/氮化合物MXene具有杰出的電導率、熱導率、機械性能和化學性能，有很廣泛的潛在應用。目前，已經(jīng)報道了一些MXene纖維化的文章，但是纖維的電導率并沒有完全被利用，即1D MXene纖維的電導率沒有展示出2D MXene納米片的高電導率性能。而將純MXene通過濕法紡絲的方法制備出纖維的挑戰(zhàn)在于MXene片層較小，層間作用力差，導致其自支撐結(jié)構(gòu)差。此外，制備MXene分散液時濃度還比較低難以直接成纖維。
為了解決難以制備純MXene纖維的問題，韓國漢陽大學的Tae Hee Han教授課題組近日報道了一種通過濕法紡絲法實現(xiàn)連續(xù)可控制備的無添加劑、無粘合劑、無復合的超高電導率（S cm-1）的MXene纖維。該研究成果以“Large-scale wet-spinning of highly electroconductive MXene fibers” 為題發(fā)表在《Nature communications》上（見文后原文鏈接）。
【圖文解析】
解析：利用LiF/HCl濕法刻蝕法將Ti3AlC2MAX中的Al刻蝕掉，經(jīng)過后續(xù)的水洗離心過程制備出大片的Ti3C2Tx MXene納米片，通過濕法紡絲的限域作用，有序制備出米級的純MXene纖維。
解析：MAX相Ti3AlC2是塊體結(jié)構(gòu)，通過上述的濕法刻蝕法得到少層/單層的2D納米片層結(jié)構(gòu)，并且由SEM和AFM圖可看出MXene的片層尺寸較大，所使用的紡絲MXene納米片的平均橫向尺寸為2.26±0.95 μm。
解析：研究發(fā)現(xiàn)MXene表面具有豐富的表面官能團，有利于其穩(wěn)定的分散在水介質(zhì)中。在高濃度(25 mg mL-1)下，MXene分散體形成粘度為3.87 x 103 Pa s的粘性油墨，沒有出現(xiàn)固體顆粒和分散介質(zhì)的團聚和相分離現(xiàn)象。MXene從16 mg mL-1的濃度開始就可以形成液晶，顯示出雙折射現(xiàn)象。在流變學研究中，MXene的粘度隨著濃度的增加而增加，剪切速率的增加而降低；剪切應力在初始階段明顯減小，之后隨剪切速率的增大而增大，表明剪切變形誘導隨機取向的MXene片有序化。圖3i表征出儲能模量與損耗模量之比（G’/G’’）與纖維可紡性之間的關(guān)系。
解析：MXene紡絲液在含NH4離子的凝固浴中容易凝膠化成纖維，固化成型。這種方法制備出了1米多長的MXene纖維。從纖維的SEM圖可以看出具有致密的層層堆疊結(jié)構(gòu)及有序排列形貌。高導電的MXene纖維可以點亮LED燈及替代耳機線。
解析：本文制備出的純MXene纖維，電導率（7713 S cm-1）分別約是MXene/石墨烯雜化纖維的107（72.3 S cm-1）、27倍（290 S cm-1），是MXene/PEDOT:PSS纖維（1490 S cm-1）的5倍。
【總結(jié)】
作者應用濕法紡絲法大規(guī)模制備出純MXene纖維，解決了其片層間力不足、濃度低而不易大規(guī)模纖維化的問題。純1D MXene纖維充分利用了2D MXene納米片的高電導率，顯示出超高的電導率，有望用于柔性、便攜、可穿戴的微型電子設(shè)備。
全文鏈接：
