生物学|用于锂基电池的二维金属碳化物/氮化物（MXene）纳米复合材料的最新进展（二）( 四 ) 生物学

图 21. (a) 改性和 (b) 未改性 MXene 与弹性体的电导率比较。经 Ref. 许可转载。。?2020 ，爱思唯尔科学有限公司。
Ling 等人制备了独立式 MXene 和聚乙烯醇 (PVA) 的复合材料。值得注意的是，当与 PVA 复合时， 2D MXene 的电导率从 2400 S/cm 降低到 220 S/cm 。使用 2D MXene 调节 PVA 的电导率改善了 MXene 的层间距。随着 PVA 重量分数的增加， MXene 的电导率降低，而 MXene 薄片之间的间距增加。Tan 等人最近的一项研究报告了与 Ling 等人提出的结果相似的结果。当与MXene复合时， PVA的电导率从10-13增加到7.250×10-3 S/m 。通过添加 MXene ， PVA 的电导率显着增加是由于 MXene 的表面终止和 PVA 的羟基， [104
。Li等人[105
对电磁干扰进行了研究。本研究考察了将发泡结构整合到聚偏二氟乙烯、碳纳米管和 MXene 的复合材料中以提高其电磁干扰屏蔽性能的效果。泡沫结构的引入提高了复合材料的导电性和反射能力。图 22 提供了迄今为止各种 MXene 的电导率的简要总结。
图 22. 各种 MXene 的电导率总结。经 Ref. 许可转载。。?2020 ，美国化学学会。
在本节中，推断用于生产 MXene 的合成方法对其在储能、电磁干扰屏蔽、水处理、传感器、晶体管和药物等应用中的性能具有成比例的影响。从文献中可以明显看出， MXene 具有出色的导电性；然而，仍然需要付出巨大的努力来提高聚合物的导电性，从而实现更大的机械、热和可控的电和化学稳定性。需要进一步研究以确定合适的表面终止方法。
4.3.机械性能
控制二维材料特性的简单性是一个优势，使其适用于许多领域。MXene 的机械性能因合成方法而异，并决定了它们在不变形的情况下承受应力和应变的能力。例如，当材料受到外部刺激时，材料产生与外力成正比的电响应的能力表明它们的传感器能力。对于电池来说，柔韧性是最理想的机械性能；这种特性可以通过将 MXene 结合到多孔膜中来实现。此外，控制电极材料的厚度同时保持其机械完整性有利于生产优异的电化学电极。
郭等人研究了 Ti3C2-MXene 的纳米力学性能。在高温下， 2D MXene 表现出减少的摩擦和附着力以及增加的氧化水平。然而，在高压下，样品表现出显着的摩擦和粘附。Hu等人[108
在氩气流下在650°C下60分钟制备了Al和MXene的复合材料，并在460°C下挤出复合材料。在 MXene 负载量为 0.5-3 wt% 时记录复合材料的硬度和强度。在最低 MXene 含量下， Al 的硬度增加 92.0% (0.52 GPa) ，拉伸强度增加 50% (188 MPa) ，证明了 MXene 的优异性能。
表面改性、基质中 MXene 的排列和层距是决定基于 MXene 的材料的机械可行性的一些因素。对于某些聚合物，脆性和低断裂韧性抵消了它们的各种优点，例如出色的刚度和强度。MXenes 可以加入这些聚合物中以改善它们的性能；例如， Sliozberg 等人生产了一种 MXene-环氧树脂复合材料。MXene 粉末与环氧树脂混合并在 80 °C 下加热，搅拌并超声处理 60 分钟。为了从粉末中制备硬化样品，使用 44'-亚甲基双-（环己胺）来结合 MXene-环氧树脂复合材料。如图 23(a) 所示， MXene 层之间嵌入了环氧树脂分子证实了这一结果。图 23(b) 中的 SEM 图像具有比本征环氧树脂更粗糙的表面，这也证实了 MXene 对环氧树脂机械性能的改善。Hatter 等人进行了类似的实验；在研究中，使用不同的固化材料来粘合复合粉末（胺基固化剂）。随着环氧树脂基体中 MXene 含量的增加，复合材料的杨氏模量为 12.80 GPa 。
图 23. (a b) MXene 在环氧树脂上 1 wt% 负载的 TEM 图像 (c d) MXene-环氧树脂纳米复合材料的 TEM 图像， MXene 颗粒边缘周围有空腔（黄色箭头）。经 Ref. 许可转载。。?2020 Elsevier Science Ltd.（有关此图例中对颜色的解释，请读者参阅本文的网络版本。）
尽管 MXene 具有高导电性，但已经观察到机械强度差，限制了其在电磁干扰屏蔽中的应用。Weng 等人进行了研究，解决了用于电磁干扰屏蔽应用的 MXene 机械性能差的问题。在该研究中，芳纶纳米纤维通过简便的真空辅助过滤方法添加到 MXene 中。该复合材料的导电性和电磁干扰效率分别为 879.00 S/cm 和 40.60 dB 。2D MXene-芳纶纤维在电磁干扰屏蔽和机械性能（强度：201.30 MPa）之间取得了平衡，屏蔽效能为28.1 MPa 。
MXene基复合材料的热稳定性取决于基体和填料之间的界面相互作用、填料的形态及其固有的热导率。正如 Li 等人所述， MXene 可以充当黑体，在低填料负载下发射和吸收电磁辐射。分散性还可以提高 MXene 基复合材料的热导率。MXene 减少聚合物中声子的热振动和散射的能力将增加组成聚合物的热导率；当聚合物的无定形特性降低到一定程度时，就会发生这种情况[114