摘要：2011年，第一个MXene 被首次报告以来，作为最具前景的二维材料之一，MXene凭借其卓越的导电性、亲水性以及优异的力学性能，迅速成为学术界的研究热点，发文量呈指数级增长。近期，Nature等顶刊接连报道MXene在规模化制备及应用领域的研究进展，一起了解
2011年，第一个MXene 被首次报告以来，作为最具前景的二维材料之一，MXene凭借其卓越的导电性、亲水性以及优异的力学性能，迅速成为学术界的研究热点，发文量呈指数级增长。近期，Nature等顶刊接连报道MXene在规模化制备及应用领域的研究进展，一起了解下吧~
石墨烯、碳化钛MXene等二维纳米材料具有优异的力学、电学、光热转换和生物相容性，在航空航天、柔性电子、生物医学等领域具有重要应用前景。如何将二维纳米材料连续化组装成宏观高性能纳米复合材料，是实现这些应用亟需解决的关键科学问题。虽然刮涂、涂布、滴涂等方法初步解决了二维纳米材料分散、取向等问题，但是湿法组装过程中溶剂挥发诱导的毛细收缩，易造成二维纳米材料起皱，从而产生孔隙缺陷，大幅降低二维纳米材料层间载荷和电子传递能力，导致二维纳米复合材料的宏观力学和电学性能远低于预期值，且重复性差，限制了实际应用。
为了进一步实现高性能二维纳米复合薄膜材料的连续化制备，2024年Nature报道研究人员通过将卷对卷辅助刀片涂层（RBC）与顺序桥接相结合，提出了一种制造高性能MXene薄膜的可扩展策略，这些薄膜在近红外照射下展现出良好的光热转换和成骨效率。
在该项工作中，研究人员首先将MXene纳米片和丝胶蛋白（SS）混合溶胶通过卷对卷辅助刮涂，连续化组装成氢键交联MXene（S-HBM）薄膜；然后浸泡在氯化锌（ZnCl2）溶液中进行离子交联，从而规模化制备有序交联MXene（S-SBM）薄膜。相比于文献报道的其他MXene薄膜材料，该SBM薄膜具有更高的拉伸强度（755MPa）、韧性（17.4 MJ m-3）和比电磁屏蔽性能（78,000 dB cm2 g-1）。此外，该SBM薄膜比商用引导骨再生（GBR）薄膜具有更高的体内成骨效率（8周新生骨体积分数高达77.4%），在临床骨修复领域具有重要应用前景。文献名称：Scalable ultrastrong MXene films with superior osteogenesis
Angew：高温超声剥离实现95％高产率单层MXene制备
当前单层MXene的制备产率普遍偏低，且不同批次之间的质量和性能存在较大差异，这极大限制了MXene在实际工业中的推广应用。传统的MXene制备手段多采用冰浴超声剥离法，虽能有效控制材料氧化，但由此带来的产率低下和效率低下问题不容忽视。因此，如何突破这一瓶颈，实现高产率、可控性和稳定性的单层MXene制备，已成为推动MXene走向大规模商业化应用的关键问题。
2024年Angew报道研究人员创新性地采用高温超声剥离技术，成功破解了多层MXene结构中氢键笼状结构的牢固束缚，实现了单层MXene产率超过95%的高效制备，并展示了该技术在工业化生产中的巨大潜力。
在该项工作中，研究人员将操作温度提升至70°C，通过高温超声解离多层MXene中氢键笼约束的策略，在短短数十分钟内即可将多层MXene高效转化为产率高达95%、尺寸较大且质量优异的单层MXene，显著优于传统制备方法。这一变革性调整显著降低了氢键笼结构的稳定性，强化了超声空化效应的作用，使得多层MXene能够在更加温和的条件下迅速且彻底地转化为单层纳米片。这一突破为MXene的规模化制备提供了全新的解决方案。
采用该方法制备的高产率单层MXene，其物理和化学性能与传统方法制备的MXene相当，保持了材料的卓越特性，确保了其在实际应用中的可行性和可靠性。研究团队进一步将该工艺成功放大至百克级生产规模，稳定实现了超过90%的高产率。利用这种高产率MXene制备的高浓度MXene墨水，在印刷和加工领域表现出卓越的性能，相关产品在红外隐身和焦耳加热等方面也展现了优异表现，进一步拓展了MXene在智能可穿戴设备、能源器件和军事红外伪装等领域的应用前景。
文献名称：Scalable, High-Yield Monolayer MXene Preparation from Multilayer MXene for Many Applications
AFM：剪切流变辅助 MXene 在环氧树脂中的分散实现高效电磁吸收
MXenes是一类新兴的2D材料，具有高电导率和大比表面积，是理想的电磁吸收材料。然而，大量的极性官能团导致其在非极性基体中分散性差。MXene纳米片的自堆叠和团聚现象导致外界交变电磁场下基体中的电场分布不均匀，进而引发阻抗失配和电磁吸波性能不佳。因此，基于MXene的非极性聚合物复合电磁吸波材料的实际应用受到限制。
2024年Advanced Functional Materials报道研究人员借助SiO2的剪切流变特性辅助MXene水相分散液在非极性树脂基体中的分散，有效抑制了MXene的自堆叠和团聚现象，解决了MXene在非极性树脂基体中的分散难题，从而实现良好的阻抗匹配。
研究发现，二氧化硅纳米粒子分散在MXene水分散体中，并紧密附着在MXene表面。由于SiO2的剪切流变性质，水被动态锁定在MXene@SiO2纳米片之间，有效地抑制了MXene的聚集和自堆积。通过搅拌，MXene在树脂基体中的均匀分散得到显著解决，促进了良好的阻抗匹配。
该项研究制备的复合材料在低MXene浓度（≤5 wt.‰）下表现出出色的吸收性能，在 12 GHz（厚度为 2.15 mm）时的最大反射损耗值超过 60 dB，并具有超过 6.18 GHz（厚度为 1.75 mm）的有效吸收带宽。这种在非极性基质中采用剪切流变辅助MXene分散方法，为设计MXene基电磁吸收复合材料提供了新的思路。同时，这种方法还可以实现四氧化三铁等磁性纳米颗粒的掺杂分散，因此在MXene基电磁吸波材料的设计制备中表现出了极大的潜力。
文献名称：Shear-Rheological-Assisted MXene Dispersion in Epoxy Resin for Efficient Electromagnetic Absorption
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来源：木易说故事
