综述:静电纺丝MXene基纳米纤维膜:多功能集成、挑战与新兴应用

【字体: 时间:2025年06月26日 来源:Progress in Organic Coatings 6.5

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  本综述系统总结了静电纺丝(Electrospinning)技术与二维过渡金属碳化物/氮化物(MXene)结合的最新研究进展,重点探讨了其在智能传感(smart sensing)、催化水处理(catalytic water treatment)、微波吸收(microwave absorption)、生物医学工程(biomedical engineering)及热管理(thermal management)等领域的应用潜力。通过调控MXene分散性、取向及界面相互作用,构建了具有分级结构的复合纤维膜,突破了传统聚合物膜的功能局限(如低导电性、缺乏催化活性位点)。文章还展望了该材料在柔性电子(flexible electronics)和环境工程中的发展前景。

  

静电纺丝MXene基纳米纤维膜:多功能集成与挑战

Abstract
静电纺丝技术因其操作简便、结构可调和比表面积高等特点,成为制备纳米纤维材料的关键方法。近年来,二维过渡金属碳化物/氮化物(MXene)凭借优异的导电性、丰富的表面官能团及独特的光热与电磁性能,在多功能复合材料开发中备受关注。MXene复合纳米纤维膜的制备已成为研究热点,本文系统综述了其最新进展,并展望了未来挑战与应用前景。

Introduction
静电纺丝技术通过高压电场将聚合物溶液或熔体拉伸成纳米至微米级纤维膜,广泛应用于能源存储、生物医学、传感器等领域。然而,纯聚合物膜的功能局限性促使研究者通过掺杂改性提升性能。MXene(如Ti3C2Tx)作为新兴二维材料,以其卓越的电化学稳定性、光学特性及催化性能成为理想掺杂剂。

Electrospun MXene-based nanofibrous membranes
静电纺丝系统由喷丝头、高压电源和纤维收集基板组成。MXene的引入通过三维聚合物网络有效缓解了其易堆叠问题,显著提升了活性位点利用率。复合膜展现出超越传统聚合物的导电性(electrical conductivity)、光热转换效率(photo-thermal conversion)及电磁响应性(electromagnetic responsiveness)。

Summary and prospects
尽管MXene基电纺膜在传感、环境修复等领域潜力巨大,但其实际应用仍面临界面机制不明、加工稳定性不足等挑战。未来需深入探究MXene-聚合物协同机制,优化规模化生产工艺,以推动其在柔性电子和智能医疗中的落地。

CRediT authorship contribution statement
第一作者Wenbo Wu负责初稿撰写与数据分析,通讯作者Tifeng Jiao指导研究并参与修订。

Declaration of competing interest
作者声明无利益冲突。

Acknowledgements
研究得到中国国家自然科学基金(No. 22372143)和河北省自然科学基金(Nos. B2021203016, B2023203018)资助。

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