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Gogotsi（新二維材料MXene之父）2011年之前一直致力于由SiC刻蝕制備高性能硅基二維材料，同時一直期望層狀材料MAX相陶瓷的二維化，結(jié)果在2011年發(fā)展MAX相材料的鋰電正極應用時，其學生Nguib偶然通過HF刻蝕Ti3AlC2獲得了這個目前很年輕的二維材料MXene，就是下面這個樣子（圖1），與薯片狀或者手風琴狀極為相似。其中“MX”是指其來源于MAX陶瓷（其中A層元素被刻蝕掉了），“exe”指其有類似石墨烯的納米片層結(jié)構(gòu)。MXene具有近金屬的電導率（報道高的達9880S/cm），同時結(jié)合了優(yōu)異的親水性，這克服了石墨烯一被氧化或表面改性就嚴重喪失導電能力的缺陷，因此MXene受到了各國研究者熱烈“追捧”。

圖1?2D MXene微觀層狀形貌

將MXene與高分子復合就是其中重要的研究熱點之一。中科院寧波材料所虞錦洪研究員和中北大學陳曉勇副教授合作系統(tǒng)總結(jié)了自MXene發(fā)現(xiàn)以來在高分子納米復合材料領(lǐng)域的研究，相關(guān)?論文以“MXene/Polymer Nanocomposites: Preparation, Properties, and Applications”?為題，發(fā)表在《Polymer Reviews》上。

圖2 MXene/高分子納米復合材料濕法共混與薄膜成型

論文在簡短總結(jié)MXene性能與制備后，作者們介紹了MXene/高分子復合材料的制備技術(shù)和主要路線，發(fā)現(xiàn)當前濕法機械混合和原位聚合是制備高分子/MXene納米復合材料的主要方法；MXene加入高分子后，能顯著改善高分子的力、熱和電等諸多方面性能；如MXene/PVA能穩(wěn)定支撐起超過其自身重量15000倍的物重；加入0.15% MXene即可使透波的PVA具有高達28dB的電磁屏蔽效能；加入1.7%的MXene可以使PAM的電導率提升好幾個數(shù)量級。在論文的最后部分，作者們重點介紹了該復合材料在生物醫(yī)療、傳感、電磁屏蔽和能源方面的應用。該文展示MXene/高分子復合材料具有優(yōu)良的光熱、殺菌、溫敏特性，在腫瘤熱滅殺、抗菌領(lǐng)域效果顯著。MXene/高分子復合材料在柔性傳感領(lǐng)域也有廣泛報道，能非常敏感的傳感壓力、溫度、VOC和濕度等環(huán)境、人體生理指標，傳感壓力最低可達1Pa，循環(huán)使用次數(shù)高達上萬次。在能源領(lǐng)域，MXene/高分子復合材料可在轉(zhuǎn)換、吸附、儲存都多個涉能環(huán)節(jié)應用，特別在超級電容器方面應用突出，具有極高體積密度。由于高的電導率和層次結(jié)構(gòu)，MXene/高分子復合材料在電磁屏蔽和吸附方面的工作最為突出，在45um厚度的MXene/海藻酸鈉體系中，電磁屏蔽效率高達92dB，是合成材料中最高的電磁屏蔽材料，遠遠優(yōu)于銀、銅的電磁屏蔽性能。

圖3 MXene/高分子納米復合材料的光熱應用

圖4 MXene/高分子納米復合材料的代表性柔性傳感應用

圖5 MXene/高分子納米復合材料電磁屏蔽機制及性能對比

此綜述對理解MXene/高分子納米復合材料物理化學性能、概覽相關(guān)研究和明了領(lǐng)域關(guān)鍵方向、主要瓶頸和未來發(fā)展具有重要意義。

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https://www.tandfonline.com/eprint/PV97E29U4CCMSQCEHGNZ/full?target=10.1080/15583724.2020.1729179

來源：高分子科學前沿

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