MXene是一個(gè)二維納米材料的大家族,具有高電導(dǎo)率(≈104S/cm)、高比表面積(≈106)和杰出的機(jī)械性能(楊氏模量≈330 GPa)。同時(shí),其表面具有豐富的官能團(tuán),適用于制備多功能聚合物復(fù)合材料。據(jù)報(bào)道,美國(guó)德雷塞爾大學(xué)教授Yury Gogotsi、Shayan Seyedin 博士和澳大利亞迪肯大學(xué)教授Joselito M.Razal 等研發(fā)出一種基于Ti3C2TxMXene/聚氨酯(PU)的復(fù)合纖維及同軸纖維,具有可編織性、高導(dǎo)電性和可拉伸性能,實(shí)現(xiàn)了MXene基纖維和織物在應(yīng)變傳感器上的應(yīng)用。
研究人員采用溶劑置換法將MXene和PU 分散在DMSO 中,進(jìn)行濕法紡絲,探究了不同含量的MXene 及不同凝固浴對(duì)纖維成形的影響。研究發(fā)現(xiàn),IPA 可以實(shí)現(xiàn)低MXene 含量(28.6 wt%)下的紡絲,但是在高M(jìn)Xene含量下纖維容易斷。然而,將乙酸(AcOH)代替IPA 可以實(shí)現(xiàn)MXene 含量在0~100wt%范圍內(nèi)的紡絲。研究發(fā)現(xiàn),所制備的纖維具有很好的應(yīng)變傳感性能,拉伸誘導(dǎo)變化是其應(yīng)變傳感的主要原因,MXene 的高電導(dǎo)率使得MXene/PU 復(fù)合纖維的傳感范圍可達(dá)到152%。
此外,通過(guò)工業(yè)級(jí)的針織機(jī)將MXene/PU 復(fù)合纖維經(jīng)過(guò)緯編機(jī)織成織物,觀察發(fā)現(xiàn),針織四股紗線比單纖維編織的織物有更均勻且密集的線圈,這可能是由于單纖維的直徑相對(duì)較?。ā?15μm)以及用于針織的針距小(15G)。用四股纖維編織的織物進(jìn)行應(yīng)變傳感性能測(cè)試,織物的電阻在拉伸時(shí)降低,在釋放時(shí)增加,導(dǎo)致GF 為負(fù),而不同纖維的傳感行為與GFs 為正相。這是由于針織物在拉伸時(shí)互鎖纖維之間的接觸電阻降低,導(dǎo)致的織物傳感器的電阻響應(yīng)降低。并且,通過(guò)測(cè)量每個(gè)循環(huán)拉伸(ΔRL/R0)和釋放(ΔRU/R0)的ΔR/R0,觀察到其差異隨著施加的應(yīng)變而增加,表明傳感器能夠區(qū)分不同程度的拉伸。在200%拉伸應(yīng)變下GF 達(dá)到-7.5,顯著高于之前報(bào)道的針織物傳感器的靈敏度值(-1)。