2D納米片+納米纖維開發(fā)的新型高性能復(fù)合材料

本期主要精選了6篇關(guān)于二維（2D）納米片結(jié)合靜電紡納米纖維開發(fā)新型高性能復(fù)合材料的最新論文。主要介紹了其在傳感器、抗菌織物、催化劑、電磁屏蔽材料等方面的研究進(jìn)展，供大家了解學(xué)習(xí)。

1、電子科技大學(xué)蘇元捷研究員等人Nat. Commun.( IF 17.694)：基于Ti3C2Tx MXene界面錨定效應(yīng)實(shí)現(xiàn)高性能壓電復(fù)合材料

?挑戰(zhàn)：聚偏氟乙烯復(fù)合材料的壓電性由其晶相和自發(fā)極化決定，其中，β相是電活性強(qiáng)的極性相，表現(xiàn)出優(yōu)異的壓電性、熱釋電性和鐵電性。然而，壓電復(fù)合材料中無機(jī)-有機(jī)界面處分子間相互作用與電疇排列的關(guān)聯(lián)機(jī)制還未明晰。

?方法：電子科技大學(xué)蘇元捷研究員等人提出了一種基于Ti3C2Tx MXene錨定效應(yīng)來操縱聚合物基質(zhì)的全反式分子構(gòu)型方法。

?創(chuàng)新點(diǎn)1：結(jié)合相場模擬和分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算，從微觀和介觀兩個(gè)尺度闡釋并驗(yàn)證了Ti3C2Tx納米片與鐵電聚合物界面耦合增強(qiáng)協(xié)同機(jī)制，促進(jìn)偶極子定向排列并增強(qiáng)聚合物-陶瓷復(fù)合材料的自發(fā)極化強(qiáng)度。

?創(chuàng)新點(diǎn)2：將該壓電復(fù)合紡絲薄膜集成到鞋墊中形成足部傳感器網(wǎng)絡(luò)，可quan方位、零功耗地進(jìn)行運(yùn)動(dòng)監(jiān)測、步態(tài)識別與跖痛癥早期篩查。為高性能可穿戴電子的開發(fā)提出了一個(gè)新方法。

2、天津大學(xué)吳水林教授Adv. Funct. Mater. ( IF 19.924)：還原氧化石墨烯改性Bi2Te3納米片用于細(xì)菌感染傷口的快速光熱電催化治療

?挑戰(zhàn)：光熱治療細(xì)菌感染具有用途廣泛、環(huán)保和節(jié)能的特點(diǎn)，在光照射下通過產(chǎn)生熱量或活性氧(ROS)來殺滅細(xì)菌。但是，熱電材料的熱電催化效率同時(shí)受到其電導(dǎo)率、塞貝克系數(shù)和熱導(dǎo)率的限制。

?方法：天津大學(xué)吳水林教授團(tuán)隊(duì)采用簡便的溶劑熱法，通過還原反應(yīng)，在氧化石墨烯(GO)納米片上原位生長Bi2Te3納米片。基于rGO-Bi2Te3納米片優(yōu)異的催化殺菌性能，利用靜電紡絲法設(shè)計(jì)了一種抗菌織物。

?創(chuàng)新點(diǎn)1：還原氧化石墨烯提供的異質(zhì)界面誘導(dǎo)聲子散射效應(yīng)，額外的載流子輸運(yùn)通道通過提高電導(dǎo)率、塞貝克系數(shù)和降低熱導(dǎo)率，使熱電性能提高2.13倍。

?創(chuàng)新點(diǎn)2：通過靜電紡絲工藝將rGO-Bi2Te3納米片集成到PU纖維中形成紡絲膜。功能性電紡膜用于MRSA感染創(chuàng)面愈合，具有良好的消毒性能，加速組織修復(fù)，生物安全性可靠。

3、湖南大學(xué)劉承斌教授等人ACS Nano ( IF 18.027 )：靜電紡絲結(jié)合水熱法構(gòu)建集成納米片陣列的Janus納米纖維，用于鋅空氣電池

?挑戰(zhàn)：可充電鋅空氣電池（ZABs）等儲(chǔ)能裝置具有成本低、安全性高和理論能量密度高等優(yōu)點(diǎn)。但ZABs在充放電循環(huán)過程中，陰極氧還原反應(yīng)（ORR）和析氧反應(yīng)（OER）的四電子過程動(dòng)力學(xué)緩慢，增加了電化學(xué)反應(yīng)的過電位，從而限制了ZABs的應(yīng)用。

?方法：湖南大學(xué)劉承斌教授等人利用靜電紡絲技術(shù)結(jié)合水熱法合成了具有 “Janus"結(jié)構(gòu)的碳納米纖維膜（Ni-SAs/HCNFs/Co-NAs）。

?創(chuàng)新點(diǎn)1：該材料同時(shí)集合了具有OER活性的O、N配位的Ni單原子和具有ORR活性的Co3O4@Co1-xS納米片陣列，兩種活性組份分別集成在空心碳納米纖維上的內(nèi)壁和外壁。

?創(chuàng)新點(diǎn)2：Co3O4@Co1-xS納米片陣列是一類具有連續(xù)的不飽和配位的金屬位點(diǎn)的納米結(jié)構(gòu)，是理想的ORR活性位點(diǎn)。

4、東華大學(xué)丁彬教授團(tuán)隊(duì)Nano Lett. ( IF 12.262 )：Gd2O3/Bi2O3 納米纖維結(jié)合納米片，構(gòu)建超輕、超彈氣凝膠

?挑戰(zhàn)：x射線的廣泛使用促使對有效和可穿戴屏蔽材料的需求激增。然而，目前用于屏蔽x射線的含鉛材料通常體積龐大、堅(jiān)硬且具有生物毒性，嚴(yán)重限制了它們在可穿戴場景中的應(yīng)用。

?方法：東華大學(xué)丁彬教授&斯陽研究員課題組受珍珠層的啟發(fā)，將聚氨酯/Bi2O3納米纖維(磚)和Gd2O3納米片(砂漿)結(jié)合起來，報(bào)道了具有微拱工程磚/砂漿結(jié)構(gòu)的超輕、超彈性和無毒x射線屏蔽納米纖維氣凝膠。

?創(chuàng)新點(diǎn)1：微拱反射和Bi/Gd元素吸收對x射線的協(xié)同衰減效應(yīng)顯著提高了氣凝膠的屏蔽效率，微拱/魯棒納米纖維網(wǎng)絡(luò)賦予了材料超彈性。

?創(chuàng)新點(diǎn)2：所得材料具有優(yōu)異的x射線屏蔽效率(91-100%)、超低密度(52 mg cm-3)、800%可逆延伸率的大拉伸性能和高的水蒸氣滲透性(8.8 kg m-2 day-1)。

5、新疆大學(xué)張?zhí)K&北京化工大學(xué)宋懷河教授Carbon ( IF 11.307 )： 煤氧化制備的超薄碳納米片可改善碳納米纖維織物性能

?挑戰(zhàn)：由于煤的分子結(jié)構(gòu)高度交聯(lián)，化學(xué)惰性高，制備煤基納米材料通常需要復(fù)雜而苛刻的制備條件，阻礙了煤基納米材料的大規(guī)模和可控制備。

?方法：新疆大學(xué)張?zhí)K&北京化工大學(xué)宋懷河教授通過煙煤化學(xué)氧化制備了新型煤基超薄碳納米片（UCNSs），產(chǎn)率高達(dá) 40.0 wt%。UCNSs 顯示出 10-20 nm 的層狀尺寸，主要由 63.5 at.% 碳、5.1 at.% 氮和 31.4 at.% 氧組成。

?創(chuàng)新點(diǎn)1：適當(dāng)?shù)某叽绶植肌⒇S富的官能團(tuán)和高度共軛的核心使UCNSs對靜電紡絲和炭化制備的碳納米纖維顯示出三官能增強(qiáng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)。

?創(chuàng)新點(diǎn)2：由于具有較強(qiáng)的交聯(lián)效應(yīng)和形成完整的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，嵌入U(xiǎn)CNSs碳纖維納米纖維織物的機(jī)械強(qiáng)度和導(dǎo)電性分別比不含UCNSs的碳纖維納米纖維織物提高了32.6倍和1.5倍。

6、江南大學(xué)劉天西教授團(tuán)隊(duì)Chem. Eng. J. ( IF 16.744 )：具有快速響應(yīng)和無線通信功能的可穿戴納米纖維觸覺傳感器

?挑戰(zhàn)：柔性壓阻式傳感器因其設(shè)計(jì)簡單、成本低、制造工藝簡單而備受關(guān)注。但是，如何同時(shí)獲得寬傳感范圍和高靈敏度仍然是一個(gè)關(guān)鍵的挑戰(zhàn)。

?方法：江南大學(xué)劉天西教授&黃云鵬副教授通過共靜電紡 TPU/PAN/F127 (TPF) 納米纖維和隨后包裹單層 Ti3C2Tx 片，開發(fā)了一種混合納米纖維觸覺傳感器。

?創(chuàng)新點(diǎn)1：PAN 和 F127 的共混可以顯著改善纖維均勻性以及纖維基體與 MXene 之間的界面相互作用，從而使高導(dǎo)電性 Ti3C2Tx穩(wěn)定均勻地?fù)饺搿?/p>

?創(chuàng)新點(diǎn)2：獲得的柔性MXene/TPU/PAN/F127 (MTPF)納米纖維膜具有互聯(lián)的3D導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，作為皮膚上的觸覺傳感器，具有高靈敏度(0.2082 kPa-1)、寬工作范圍(0-160 kPa)、快速響應(yīng)/恢復(fù)時(shí)間(60 ms/120 ms)和長期耐用性(8000次循環(huán))。在可穿戴無線傳感器中，用于準(zhǔn)確和實(shí)時(shí)地檢測各種人類活動(dòng)信號。