一种具有优异隔热性和机械性能的Mxene基气凝胶

1 背景介绍

近年来，人们迫切需要可穿戴电子产品来满足身体信号/运动监测、健康管理、电子皮肤、机器人、人工智能等领域日益增长的需求。其中，轻质、可压缩、可拉伸的可穿戴电子产品因其在使用过程中良好的舒适性和对变形的适应性而备受关注。
拉伸性是实际可穿戴应用中最重要的性能之一，因为可穿戴电子产品，特别是柔性传感器，在日常生活中，当它们附着在柔软弯曲的人体上进行生理信号/运动监测时，可能会遭受频繁和大的拉伸变形。可压缩、可弯曲和可拉伸气凝胶具有低密度、高比表面积、高孔隙率和可调电性能等优点，是下一代可穿戴电子产品的理想选择。
近年来，可拉伸气凝胶因其在柔性压力/应变传感器、热管理、柔性化学传感器、柔性能量存储/收集装置等方面的潜在应用而引起了人们的极大关注，但由于其具有高度多孔性的结构，制备高拉伸气凝胶仍然是一个很大的挑战。
作为一种新型的二维层状材料，MXene因其高导电性、多用途表面化学、层状结构等优异性能而备受关注。MXene纳米片的组装或交联可以提供基于MXene的3D气凝胶，这在可穿戴电子产品中有很好的应用前景。然而，关于可拉伸Mxene气凝胶的报道很少，而且所报道的Mxene气凝胶的拉伸性较低急需得到加强。

2 成果掠影

近期，同济大学祖国庆教授针对制备可拉伸Mxene气凝胶取得最新进展。为了解决该问题，本文报道了具有独特卷曲和可重入微观结构的高拉伸Mxene气凝胶。它们是通过MXene和柔性聚合物结合单轴和双轴热压策略的协同组装实现的。单轴热压Mxene基气凝胶具有卷曲的微观结构，具有高弹性、高压缩性、高达427%应变的高拉伸性、高抗疲劳性和接近零的泊松比。双轴热压Mxene基元凝胶在不同方向的拉伸过程中具有较高的拉伸性能和负泊松比。所得气凝胶可用于大范围压力/应变传感器、高可拉伸摩擦电纳米发电机(TENGs)，以及通过拉伸实现可调隔热和焦耳加热性能的智能热管理。这项工作为具有接近零和负泊松比的可拉伸气凝胶提供了一种简单的策略，在可穿戴电子产品、纳米发电机、热管理、传感器等方面显示出有前景的应用。研究成果以“Highly Stretchable MXene-based Meta-Aerogels with Near-Zero and Negative Poisson’s Ratios ”为题发表于《Advanced Functional Materials》。

3 图文导读

图1.可拉伸热压Mxene气凝胶的制备及应用。

图2.Mxene气凝胶的化学结构、照片和形貌

图3.Mxene气凝胶的力学性能

图4.MPS-UHP和MPS-BHP在压缩和拉伸时的原位形态

图5.Mxene气凝胶的压力/应变传感器和TENG的结构与性能

图6.基于Mxene的气凝胶的可调隔热和焦耳加热性能

来源：Advanced Functional Materials
原文：https://10.1002/adfm.202308537