电纺MXene-丝胶蛋白纳米纤维增强碳化再生骨料：迈向智能、耐久与低碳水泥基复合材料

针对再生细骨料(RFA)力学性能差、碳化效率低等问题，研究人员通过电纺MXene/丝胶蛋白(MXS)纳米纤维改性水泥基复合材料，实现抗压强度提升15%、氯离子迁移系数降低40%，并赋予材料导电自感知功能，为低碳智能建材开发提供新策略。

　　

随着全球建筑行业对天然骨料的过度开采和水泥生产产生7%的CO₂排放，开发可持续建材迫在眉睫。再生细骨料(RFA)虽能缓解资源压力，但其高孔隙率和残余砂浆导致力学性能下降20-30%，且传统碳化技术存在反应动力学慢、CO₂渗透差等瓶颈。MXene二维材料与丝胶蛋白的协同效应为突破这些限制提供了可能——MXene的高比表面积可加速CO₂扩散，而丝胶蛋白的极性基团(-NH₂/-OH)能通过氨基甲酸盐形成增强CO₂化学吸附。

为系统解决上述问题，研究人员开发了电纺MXene/丝胶蛋白(MXS)纳米纤维改性RFA基砂浆。通过X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)等表征证实MXS成功复合，其0.3 wt%掺量使28天抗压/抗折强度分别提升15%和26%，氯离子迁移系数降低40%。孔隙分析显示累计孔隙率减少28%，毛细吸水率下降18%。更值得注意的是，MXS使CO₂吸收峰值达9.3 kg/吨，MXene的导电网络还赋予材料应变自感知功能，实现了性能增强与智能监测一体化。

关键技术包括：1) 盐酸/氟化锂(LiF)蚀刻法制备Ti₃C₂T_x MXene；2) 电纺技术构建MXS纳米纤维；3) XRD/SEM分析碳化产物CaCO₃结晶；4) 四电极法测试电阻率；5) RFA来自40-60 MPa破碎混凝土块。

【材料表征】XRD显示MXene(002)峰位移证实丝胶蛋白插层，FTIR检测到-COO^-振动峰，验证CO₂化学吸附。
【力学性能】0.3 wt% MXS使砂浆孔隙率从14.2%降至10.2%，CaCO₃填充效应提升界面结合力。
【耐久性】MXS使氯离子扩散系数从8.7×10^-12 m²/s降至5.2×10^-12 m²/s，干燥收缩率降低22%。
【碳化效率】丝胶蛋白的-NH₂基团使CO₂吸附量达1.2 mmol/g，CaCO₃产率提高1.8倍。
【智能特性】MXene形成导电通路，应变灵敏度系数达4.3，可实现0.1%应变识别。

该研究首次将MXene与生物质丝胶蛋白协同应用于RFA改性，突破传统材料单一功能局限。通过"孔隙填充-化学吸附-导电网络"三重机制，同步解决强度、耐久性、碳足迹和智能监测四大难题。9.3 kg/吨的CO₂封存量折算可降低水泥行业3%碳排放，而自感知特性为结构健康监测提供新范式。Muborak Khamrakulova等的工作为发展符合循环经济原则的第四代智能建材奠定基础，相关成果发表于《Materials Today Communications》。