MXene

Abstract(#br)Smart textile devices have now received increasing attention for potential application in wearable human motion monitoring, healthcare and personal thermal management. MXene (Ti 3 C 2 T x ), which is a new two-dimensional material with remarkable properties, has been widely applied in wearable electronics. However, it remains a challenge to prepare MXene based smart textile that possesses multifunctional wearable sensing applications and can also keep MXene from oxidizing.

摘要\n叠层良好的二维MXene薄片被应用于各种应用中，特别是传感器和微型储能器件，如微型超级电容器。器件的小型化和集成化以及器件性能的最大化要求MXene的纳米级图案化，而非喷墨或丝网印刷所能实现的。然而，纳米尺度的MXene图案化技术尚不成熟。本文提出了一种简单的制备方法，利用软光刻技术制备具有垂直排列纳米图形的Ti3C2TxMXene薄膜。这一过程涉及聚二甲基硅氧烷( PDMS )冲压与线纹PDMS模具。MXene垂直线纹样的特征尺寸通过甲苯溶胀PDMS模具以纳米级精度控制，这也指导了MXene薄片的垂直对准。因此，制备了垂直取向的MXene纳米图案，脊宽小于200 nm，脊间规则间距为2–µ m。油胺功能化的MXene片层也是为了更好地分散在甲苯中，提供了在非极性溶剂中制备MXene分散体的通用协议。

便携式电子产品的需求日益增加，要求现代电源具有灵活性、可穿戴性、耐用性和防水性。本工作报道了一种由MXene /聚二甲基硅氧烷薄膜组成的柔性单电极摩擦电纳米发电机。系统研究了( MXene )含量( wt % )和压缩力对所制备器件输出性能的影响。通过周期性手工锤击2   ×  4   cm2智能纺织品基复合材料，在100   M Ω的负载电阻下获得了峰值开路电压225   V、短路电流密度30   μ A   cm - 2和最大功率密度10   mW   cm - 2。高输出直接给串联的80个绿色发光二极管供电，不需要外加任何电源。除了作为摩擦电纳米发电机的应用外，纺织基复合材料还作为人体运动传感器，检测人体的各种运动，如手指敲击、手拍、手锤等。这种轻质的智能纺织品为多功能电源提供了潜在的机会，因此在自供电的可穿戴电子领域有很好的应用前景。

导电聚合物复合( CPC )泡沫材料在电磁干扰( EMI )屏蔽过程中总是伴随着明显的电磁波反射，通过对CPC泡沫材料的结构设计来显著降低其电磁反射，以最大限度地减少二次EMI污染是非常重要的。为了制备具有高效EMI屏蔽性能和超低反射率的可设计MXene基CPC泡沫材料，以聚苯胺( PANI )为载体，制备了新型MXene装饰聚合物泡沫珠( MPFBs )，并将MPFBs与MXene网络组装成三维堆积体，然后将聚二甲基硅氧烷( PDMS )封装，制备了CPC泡沫材料。该材料的EMI SE为23.5 ~ 39.8OVdB，仅为0.0225 ~ 0.0449   vol % MXene (外加0.02   vol % PANI )，R系数为0.20 ~ 0.31。进一步采用非对称梯度结构，在总MXene含量仅为0.0225   vol %时，得到了23   dB   vol %的有效EMI SE，R = 0.05的极低值，为迄今报道的有效EMI屏蔽的最低R值。此外，由于其显著的压缩性，机械压缩方便地实现了PDMS / MPFB复合泡沫的SE调节，表现出在SE   ~  20  dB的低效屏蔽之间切换的功能。

现代电子器件和系统迫切需要具有有效电磁干扰( EMI )屏蔽和散热的绝缘材料，但似乎在不牺牲电绝缘性能的前提下，EMI屏蔽是无法补偿的。本研究提出了逐层旋涂工艺制备有序交替结构的多层膜( MXene /聚二甲基硅氧烷/氮化硼，MXene / PDMS / BN )，并系统考察了多层膜的EMI屏蔽效能( EMI SE )、热导率，以及电绝缘性能。在平面内构建了MXene / PDMS层的导电网络，导致多层膜的有效EMI屏蔽。而且，BN / PDMS层可以通过平面绝缘导电通路，为多层膜提供有效的散热。多层膜的EMI SE与层数呈正相关，但层数的增加会恶化热导率和电绝缘性能。11层结构的多层膜在10.9   GHz处的EMI SE可达35.2   dB  ，热导率为0.65   W / m · K，体积电阻率为2.9   ×  1012  Ω   cm，击穿强度为3.29  KV / mm。本研究可为多功能复合材料的开发提供新的思路，可设想为一种先进的电子包装材料。

智能纺织设备在可穿戴式人体运动监测、医疗和个人热管理方面的潜在应用日益受到关注。MXene ( Ti3C2Tx )是一种性能优异的新型二维材料，在可穿戴电子领域得到了广泛的应用。然而，制备具有多功能可穿戴传感应用且能使MXene不被氧化的MXene基智能纺织品仍是一个挑战。这里，我们通过构建多重核壳结构，即在聚多巴胺( PDA )改性弹性纺织品上进行MXene装饰，然后用聚二甲基硅氧烷( PDMS )涂层，制备出防水透气的智能纺织品。MXene包裹纤维形成导电网络，PDMS不仅能保护MXene不被氧化，还能赋予纺织品超疏水性能和耐腐蚀性。该智能纺织品具有突出而持久的光热和电热转换性能。更重要的是，纺织电子表现出灵敏稳定的应变传感性能和温度传感能力，具有较高的热阻系数。显然，这种智能纺织设备在下一代全合一的可穿戴电子设备中具有很高的应用前景。

一种低功耗、自供电的可穿戴式个人热管理( PTM )设备可以最大限度地降低我们对外部电源的可靠性。这里，我们描述了一种自供电的PTM器件的制作，该器件提供了可以无线加热的热疗，具有保暖和通过摩擦电效应产生的热量。最初，在机织Kevlar纤维( WKF )表面均匀合成了铁磁性多孔海绵状FexCo1 - xP纳米结构，将合成的MXene分散在聚二甲基硅氧烷( PDMS )中，与WKF / FexCo1 - xP复合制备，MXene和FexCo1 - xP的共同作用导致了非常有效的焦耳加热( 3   V下的74℃)，复合材料的铁磁行为诱导了无线加热。MXene的引入形成了致密的相互关联的多孔结构，通过反射几乎所有的红外辐射( 97.7 % )回到体内，维持了人体的温暖性(相对于裸WKF / PDMS提高了40.1 % )。与WKF / PDMS相比，该复合材料还具有较高的抗冲击性能( 131.4 % )，可用作智能体装甲。此外，PTM器件在5   Hz的低冲击频率下，最大功率密度为1.3   mW   cm-2，能够从人体运动和风中获取能量，表明PTM复合材料具有潜在的自加热能力。

设计开发了具有高电磁干扰防护性能和穿着舒适性的电磁屏蔽纺织品。通过层层组装的方法将一维聚苯胺纳米线和二维过渡金属碳化物/碳氮化物纳米片负载到碳纤维织物上，制备了一层功能层，然后用聚二甲基硅氧烷( PDMS )涂层。在厚度仅为0.376   mm的情况下，所得织物的电导率约为325 S m-1，EMI屏蔽效能约为35.3   dB。受益于PDMS薄膜的疏水作用，获得了满意的大接触角135.2°的自清洁性能。此外，良好的柔性、透气性( 346   mm s-1 )和热管理进一步拓宽了实际应用的领域。本工作可以从综合性能角度为下一代EMI屏蔽材料提供新的解决方案。

导电聚合物复合( CPC )泡沫材料在电磁干扰( EMI )屏蔽过程中总是伴随着明显的电磁波反射，通过对CPC泡沫材料的结构设计来显著降低其电磁反射，以最大限度地减少二次EMI污染是非常重要的。为了制备具有高效EMI屏蔽性能和超低反射率的可设计MXene基CPC泡沫材料，以聚苯胺( PANI )为载体，制备了新型MXene装饰聚合物泡沫珠( MPFBs )，并将MPFBs与MXene网络组装成三维堆积体，然后将聚二甲基硅氧烷( PDMS )封装，制备了CPC泡沫材料。该材料的EMI SE为23.5 ~ 39.8OVdB，仅为0.0225 ~ 0.0449   vol % MXene (外加0.02   vol % PANI )，R系数为0.20 ~ 0.31。进一步采用非对称梯度结构，在总MXene含量仅为0.0225   vol %时，得到了23   dB   vol %的有效EMI SE，R = 0.05的极低值，为迄今报道的有效EMI屏蔽的最低R值。此外，PDMS / MPFB复合泡沫由于其显著的可压缩性，通过机械压缩方便地实现SE调控，表现出在SE低效屏蔽之间切换的功能