仿生二维过渡金属碳/氮化物/高分子纳米复合材料

编号：CYYJ043828

篇名：仿生二维过渡金属碳/氮化物/高分子纳米复合材料

作者：韩晶义 万思杰 程群峰

关键词： 仿生 二维过渡金属碳/氮化物(MXene) 高分子 纳米复合材料 结构调控

机构： 仿生界面材料科学全国重点实验室

摘要： 二维过渡金属碳/氮化物(MXene)/高分子纳米复合材料,兼具MXene纳米片的高力学强度和功能特性(如导电、导热、电化学储能、光热转换、生物相容和诱导骨再生等)与高分子材料的柔韧性,在航空航天、柔性电子、能源、生物医学等领域具有巨大的应用前景。然而,MXene和高分子在组装过程中存在界面作用弱、取向度低、孔隙缺陷等关键科学问题,导致纳米复合材料宏观性能远低于预期值,且重复性差,限制了实际应用。天然鲍鱼壳具有优异的力学性能,主要是由于碳酸钙片和有机基质之间丰富的界面作用,以及碳酸钙片紧密堆砌、取向排列的层状结构,这为仿生组装MXene和高分子提供了新启示。基于此,本文首先介绍了MXene纳米片的本征力学、电学和热学性能,阐述了天然鲍鱼壳微观结构和力学性能之间的构效关系,综述了仿生MXene/高分子纳米复合材料(bioinspired MXene/polymer nanocomposites,BMPNs)的研究进展,重点分析了如何设计MXene层间界面作用、提高MXene纳米片取向度以及消除材料的孔隙缺陷,并总结了BMPNs在电磁屏蔽、焦耳热、光热转换、热传导、热伪装、柔性电极、盐差发电、膜分离以及骨再生等领域的应用。最后,讨论了BMPNs研究领域的挑战,并展望了未来发展方向,希望能推动BMPNs的实际应用发展。