鑽石舞台

1. 採用同軸濕法紡絲法製備出超韌和高強的ANF@MXene核殼纖維。

雖然MXene材料同時具有高導電性能和親水性，在多功能纖維和織物領域具有良好的應用前景，但是由於MXene納米片的剛性和層間作用力不足，很難同時提升MXene纖維的導電性能和力學性能。為此，我們採用核殼濕法紡絲製備了高導電、超韌、高強和環境穩定性好的以MXene為核、芳綸納米纖維(ANF)為殼的核殼纖維。纖維的高取向和低缺陷結構使得其具有48.1 MJ m⁻³的超韌性、502.9 MPa的高強度和3.0 x10⁵ S m⁻¹ 的高電導率。這種超韌且導電的ANF@MXene核殼纖維可以編織為織物，在213 μm厚度下的電磁屏蔽效能為83.4 dB。ANF外殼的保護作用還賦予了纖維在動態拉伸和彎折形變下令人滿意的循環穩定性和耐酸、耐鹼、耐海水和耐高低溫性能。核殼纖維還具有優秀的抗氧化性能。多功能核殼纖維在電磁屏蔽織物、可穿戴電子器件和航空航天領域具有良好發展前景。

在保留MXene材料自身電導率前提下大幅提升MXene纖維的韌性和拉伸強度具有重要意義。如圖1a,b所示，採用同軸濕法紡絲法，將ANF作為殼層紡絲液，MXene為核層紡絲液，在流體牽伸下製備出高取向、超韌、高強和高導電的ANF@M核殼纖維，其中氯化銨水相凝固浴中水對ANF的質子化作用，銨根離子對MXene的交聯作用以及MXene與ANF間氫鍵作用有利於提高纖維的機械性能。利用小角X射線散射和廣角X射線散射表徵了純MXene纖維和不同紡絲條件下的ANF@M纖維的取向性(圖1c-e)，其中純MXene纖維的牽伸比定為1.1，濃度為50 mg mL⁻¹。結果證明：在相同紡絲條件下，ANF@M纖維具有比純MXene纖維更高的取向程度。ANF外殼相當於微流體紡絲中的限域管道，MXene紡絲液在ANF殼層的限域作用下定向排列能力更強，取向度更高。

II ANF@MXene核殼纖維的力學性能和斷裂行為

III ANF@MXene核殼纖維的導電和電磁屏蔽性能

圖3. (a) 不同纖維的電導率比較圖；ANF@M纖維在(b)彈性階段和(c)塑性階段的循環拉伸曲線以及相應(d)電阻變化；(e)單根ANF@M纖維可支撐200 g砝碼，在彎折狀態下可以點亮LED燈；(f) MXene基纖維的導電性能和力學性能的比較；(g) 17-1.1-50M織物的EMI 效果隨孔尺寸和織物厚度的變化圖；(h)彎折5000圈後的EMI屏蔽曲線；(i)ANF@M織物EMI屏蔽機制。

IV ANF@MXene核殼纖維在極端環境條件下的穩定性

圖4. ANF@MXene纖維的(a-c)抗氧化性能；(d)耐強酸、強鹼；(e,f) 耐濕氣；(g)耐海水；(h)耐高低溫和(i)不燃性。