开创性研究：Ti3AlC2 MAX相水热功能化聚酯纺织品用于下一代可穿戴技术

《Surfaces and Interfaces》：Pioneering Hydrothermal Functionalization of Polyester Textiles with Ti 3AlC 2 MAX Phase for Next-Generation Wearable Technologies

　　**摘要要点**- 首次在PET纺织品上实现MAX相的水热沉积。- 通过pH调控加工工艺，可定制MAX涂层的结构与功能。- 显著增强了光热加热与光催化降解性能。- 表现出优异的耐强碱性，证实了MAX–PET复合体系的持久稳定性。- 在保持纺织品完整性的同时，实现了多功能PET面料的制备。---## 引言聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）因其高强度、抗皱性、耐洗性和低成本，被广泛应用于防护服、功能性面料及日常服饰领域[1]。然而，随着寒冷气候防护、基础设施维护和可穿戴电子等新兴应用场景的出现，对PET基纺织品提出了额外功能需求，例如光热除冰、光催化自清洁、抗菌防护以及电磁干扰（EMI）屏蔽，同时不能损害穿着舒适性与长期耐久性[2]。在单一、轻质纺织结构体系内实现上述功能仍极具挑战性，尤其是在加工过程必须与大面积后整理线及环境法规兼容的情况下[3]。被称为MAX相的分层型三元碳化物和氮化物（通式为M_n+1AX_n，其中M为前过渡金属，A为A族元素，X为C/N）因其兼具金属电/热导率、良好可加工性与抗氧化性，被广泛关注作为涂层材料[4]。典型的312型MAX相Ti₃AlC₂在足够强的氧化条件下可形成富TiO₂/Al₂O₃的致密表面氧化层[5]。此外，Ti₃AlC₂也被引入TiO₂/Ni₂P基光催化异质结构中用于光驱动产氢[6]。这些特性表明，Ti₃AlC₂可作为机械强度高、热稳定性好的无机涂层用于PET，既能贡献光热与光催化功能，又能保持结构增强作用[7]。然而，在纺织品领域，基于MAX相的涂层研究远不及MXene类似物那样活跃。多数涉及Ti₃AlC₂的研究聚焦于粉末光催化剂或金属、陶瓷上的硬质涂层，而MAX相在水相水热条件下与聚合物纤维的相互作用仍知之甚少。与此同时，水热处理作为一种较为温和的技术路线，已在聚酯面料上原位生长或沉积氧化物、氢氧化物及其他无机相的研究中得到广泛探索[8,9]。在此类条件下，PET表面可发生水解，生成能够与金属阳离子或氧化物配位的羧酸根和羟基，从而在PET–MAX界面形成Al–O–C和Ti–O–C键合。然而，在不同pH条件下，界面结合增强与纤维降解之间的平衡尚未得到系统性量化研究。另一个悬而未决的问题在于：水溶液的pH与氧化还原环境在调控MAX表面氧化及其作为纺织涂层的功能性能方面所起的作用。中性水、酸性介质（如抗坏血酸）和碱性介质（如NaOH）预计会产生截然不同的氧化路径与相组成，其氧化层结构范围可从以碳化物为主、仅有薄氧化膜的表层，到较厚的TiO₂/Al₂O₃氧化层[10]。这些差异可能显著影响光热响应、光催化活性、吸湿导湿行为以及EMI屏蔽效果，但目前在系统变化水热条件下涂覆Ti₃AlC₂的PET面料的对比数据仍较为有限。此外，尽管MXene基纺织品在EMI屏蔽、焦耳加热及抗菌功能方面的研究已十分丰富[11,12]，但MAX基纺织品在结构稳健性、热稳定性和抗氧化性方面可提供互补优势，这对于涉及反复热循环、恶劣化学环境或机械磨损的应用尤为关键[13,14]。因此，需要在相同PET基材上、在可比较的水热条件下，对MXene衍生与MAX衍生涂层进行严谨对比，以明确前驱相的选择与浸渍液pH如何共同决定界面化学、氧化层形成以及最终的多功能纺织行为。本工作针对上述空白，采用单槽、水基水热工艺，在中性水、L-抗坏血酸和NaOH三种介质中，于PET面料上沉积Ti₃AlC₂衍生涂层，获得三种表面氧化程度和界面键合方式呈系统性差异的MAX功能化样品。利用FT-IR、XPS、XRD以及FESEM/EDS技术，研究浸渍液pH和氧化还原环境如何主导TiO₂/Al₂O₃氧化层的形成、缺陷富集区域的产生以及PET–MAX配位模态的构建。随后，将这些结构与化学洞察与一组纺织相关的通用评价结果关联起来，包括近红外（NIR）驱动加热、染料光降解测试、融冰实验、抗菌性能测量、EMI屏蔽行为以及力学与透气性评估，从而构建MAX–PET体系的"材料–工艺–性能"框架，并在相似加工条件下与MXene基对应体系进行对标比较。---## 章节摘要### 材料与方法所用88 g/m2涤纶纺织基材由伊朗Hejab ShahreKord公司提供。分析纯L(+)-抗坏血酸（C₆H₈O₆，纯度≥99%，分子量M_w = 176.12 g/mol）与氢氧化钠（NaOH，纯度≥99%）购自德国默克公司。钛基MAX相前驱体Ti₃AlC₂（纯度>98%，400目）由伊朗Redox Kala公司提供。所有化学品未经进一步处理直接使用。采用德国Binder烘箱进行后处理热稳定化。### 表征采用互补表征技术系统考察沉积MAX相涂层的晶体结构、表面化学及形貌完整性。利用X射线衍射（XRD）进行物相鉴定与结晶性分析，采用Siemens D5000衍射仪，使用Cu Kα辐射（λ = 1.541874 ?）。采用傅里叶变换红外光谱（FT-IR, Nicolet）研究化学功能化及表面键合变化。表面……### 不同pH条件下PET面料上的MAX相采用酸性（抗坏血酸）、碱性（NaOH）和中性（水热）介质，将MAX相（Ti₃AlC₂）纳米材料类似地沉积到PET面料上，以评估pH对涂层行为及表面外观的影响。所有条件下，MAX涂层纺织品均呈现较浅的灰色，反映出较弱的光学吸收，表明Ti₃AlC₂颗粒的表面覆盖相对有限。中性水热溶液处理后的面料颜色最浅，表明……### 结论建立了一种无粘结剂水热路线，将Ti₃AlC₂ MAX沉积到PET面料上，从而在相同的纺织与加工条件下实现MAX与MXene衍生功能性的直接对比。C 1s、O 1s、Al 2p与Ti 2p的XPS综合结果有力证明了改性Ti₃AlC₂表面与PET之间存在由氧介导的Ti–O–C和Al–O–C界面环境，特别是在2MAX中分辨出的Al–O–C贡献。碱性处理部分产生……### CRediT作者贡献声明**Seyed Mohammad Taher Shahin**：撰写 – 初稿，调查研究。**Majid Montazer**：撰写 – 审阅与编辑，验证，指导，概念构思。**Afrooz Rahmani**：调查研究。### 利益冲突声明作者声明不存在任何可能影响本文所报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。---Seyed Mohammad Taher Shahin | Majid Montazer | Afrooz Rahmani