综述：探索MXene-聚合物复合材料在机械、摩擦学和电磁干扰屏蔽中的应用

（编辑推荐）本综述系统阐述二维过渡金属碳氮化物（MXene）与聚合物复合材料的制备及强化机制，重点解析其在机械增强、耐磨性提升和电磁屏蔽（EMI）性能优化方面的突破性进展，为开发高性能柔性电子器件和轻量化结构材料提供理论支撑。

　　

ABSTRACT

MXenes作为新型二维过渡金属碳化物、氮化物和碳氮化物（2D transition metal carbides/nitrides/carbonitrides），因其独特的机械、热学和电学特性成为研究热点。通过选择性蚀刻MAX相制备的MXenes具有可调控表面化学性质，能实现多样化功能应用。本文聚焦MXene-聚合物复合材料的制备与强化机制，揭示其在机械增强（弹性模量提升达200%）、摩擦学性能（磨损率降低60%）及电磁干扰屏蔽效能（EMI SE>50 dB）方面的突出表现。

材料设计与制备策略

MXene-聚合物复合体系通过溶液共混、熔融共混和原位聚合三大技术路径构建。研究表明，Ti₃C₂T_x（T代表表面终止基团）与环氧树脂复合时，仅需0.5 wt%添加量即可使拉伸强度提高80%。表面改性（如聚多巴胺包覆）能显著改善MXene在聚合物基体中的分散性，这是性能提升的关键因素。

性能强化机制

机械性能：MXene的二维结构和高比表面积使其成为理想的应力传递介质，通过裂纹偏转和桥接机制阻碍材料破坏。摩擦学特性：MXene片层在摩擦界面形成自润滑转移膜，其层间剪切强度低至1 MPa，显著降低摩擦系数（μ<0.2）。EMI屏蔽：MXene构建的三维导电网络通过多次反射-吸收协同机制，在X波段（8-12 GHz）实现超薄（<100 μm）屏蔽材料开发。

应用前景与挑战

当前研究证实MXene-聚合物纳米复合材料在柔性传感器、航空航天屏蔽材料和人工关节涂层等领域具有应用潜力。但大规模生产中的氧化稳定性控制、界面优化等关键问题仍需突破。未来研究应聚焦MXene表面官能团精准调控及与生物可降解聚合物的复合探索。

Conflicts of Interest

作者声明无利益冲突。