2D納米片+納米纖維開發(fā)的新型高性能復合材料

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展，供大家了解學習。

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

?挑戰(zhàn)：聚偏氟乙烯復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，壓電復合材料中無機-有機界面處分子間相互作用與電疇排列的關(guān)聯(lián)機制還未明晰。

?方法：電子科技大學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1：結(jié)合相場模擬和分子動力學計算，從微觀和介觀兩個尺度闡釋并驗證了Ti3C2Tx納米片與鐵電聚合物界面耦合增強協(xié)同機制，促進偶極子定向排列并增強聚合物-陶瓷復合材料的自發(fā)極化強度。

?創(chuàng)新點2：將該壓電復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、零功耗地進行運動監(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)提出了一個新方法。

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

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

?方法：天津大學吳水林教授團隊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?；趓GO-Bi2Te3納米片優(yōu)異的催化殺菌性能，利用靜電紡絲法設(shè)計了一種抗菌織物。

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

?創(chuàng)新點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，生物安全性可靠。

3、湖南大學劉承斌教授等人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）等儲能裝置具有成本低、安全性高和理論能量密度高等優(yōu)點。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）的四電子過程動力學緩慢，增加了電化學反應(yīng)的過電位，從而限制了ZABs的應(yīng)用。

?方法：湖南大學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1：該材料同時集合了具有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的納米結(jié)構(gòu)，是理想的ORR活性位點。

4、東華大學丁彬教授團隊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、堅硬且具有生物毒性，嚴重限制了它們在可穿戴場景中的應(yīng)用。

?方法：東華大學丁彬教授&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、新疆大學張?zhí)K&北京化工大學宋懷河教授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)，化學惰性高，制備煤基納米材料通常需要復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：新疆大學張?zhí)K&北京化工大學宋懷河教授通過煙煤化學氧化制備了新型煤基超薄碳納米片（UCNSs），產(chǎn)率高達 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1：適當?shù)某叽绶植?、豐富的官能團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的結(jié)構(gòu)優(yōu)點。

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

6、江南大學劉天西教授團隊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)計簡單、成本低、制造工藝簡單而備受關(guān)注。但是，如何同時獲得寬傳感范圍和高靈敏度仍然是一個關(guān)鍵的挑戰(zhàn)。

?方法：江南大學劉天西教授&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，從而使高導電性 Ti3C2Tx穩(wěn)定均勻地摻入。

?創(chuàng)新點2：獲得的柔性MXene/TPU/PAN/F127 (MTPF)納米纖維膜具有互聯(lián)的3D導電網(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)/恢復時間(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，用于準確和實時地檢測各種人類活動信號。