【NML研究报道】神奇材料来了!MXene-石墨烯复合材料实现自我修复

摘要

如今，自修复石墨烯和mxene基复合材料因其耐久性的提高和长期应用成本的降低而吸引了研究人员。不同的研究集中在设计新型自修复石墨烯和mxeni基复合材料上，这些复合材料具有增强的灵敏度、拉伸性和柔韧性，以及改进的导电性、愈合效果、机械性能和能量转换效果。这些具有自修复性能的复合材料可应用于可穿戴传感器、超级电容器、防腐涂层、电磁干扰屏蔽、电子皮肤、软机器人等领域，但要实现具有优异的任意形状适应性、合适的黏附性、理想的耐久性、高拉伸性、即时自修复责任和突出的电磁特性的复合材料，似乎还需要更多的探索。此外，优化反应/合成条件和寻找合适的功能化/改性策略是需要全面研究的关键方面。MXenes和石墨烯表现出优异的电化学性能，具有丰富的表面末端和大的表面积，这对生物医学和传感的发展具有重要意义。

• 自愈合MXene和石墨烯基复合材料：性能与应用
• Self-Healing MXene- and Graphene-Based Composites: Properties and Applications

精彩亮点

1. 首次系统综述了这一新型复合材料的自修复原理、机制以及性能表现。对该领域研究进行了很好的总结。

2. 提出了MXene纳米片层与石墨烯形成层间锁定相互作用的独特结构设计,是实现自修复的关键。

3. 揭示了MXene表面基团在促进自修复中的作用机制,为设计和优化这类材料提供了指导。

4. 强调了MXene与石墨烯的协同效应,使复合材料在自修复后仍保持各向异性的导电和机械性能。

5. 展示了该类材料在传感器、能源存储等领域的广阔应用前景和潜力。

6. 提供了材料制备、表征和性能评价的详细方法与过程,为后续研究奠定了基础。

总之,该文章对这一新兴的自修复复合材料进行了较全面和深入的探讨,具有重要的创新意义。

图文资料

图1. MXenes和石墨烯家族的合成及其优点示意图

图2. PAA-MXene水凝胶的制备过程，及其相关的凝胶化机理

图3. MXene/CMC flm的制备工艺

图4. 单宁酸（TA）@MXene-SiO2含环氧涂层的防腐和自愈合机理

图5. 三维（3D）多孔复合海绵

图6. MXene/还原氧化石墨烯/聚氨酯（MRGP）复合材料的制备工艺

图7. PBAx-PDMS的结构

图8. 受豆荚启发的可愈合压力传感器及其机理示意图

图9. 自修复机制的示意图

图10. CSMA/BPEI/BPEI水凝胶的制备过程及其在乳腺癌靶向抗癌药物传递和光热治疗中的应用

总结

文章综述了MXene和石墨烯基复合材料的自修复性能及其应用。MXene是一类新兴的二维材料,具有卓越的导电性、化学稳定性等优异性质。将MXene与石墨烯组合可以得到兼具自修复功能和多种特殊性能的复合材料。

这些复合材料中的MXene纳米片层与石墨烯发生静电相互作用,形成层间相互锁定的独特结构。当复合材料受损时,MXene的表面功能基团可以促进材料的自修复。同时,MXene与石墨烯的协同效应使材料在受损后仍保持导电、机械性能不变。

这类自修复复合材料在传感器、能源存储、电子设备等领域展示了巨大应用前景。它们可以在受到断裂或撕裂后自动恢复,大大提高了器件的抗损伤能力和使用寿命。总体而言,MXene-石墨烯复合材料以其独特的自修复功能和多功能性,是一类非常有前途的材料。

文献来源：https://doi.org/10.1007/s40820-023-01074-w