[发明专利]一种MXene/银纳米线/纳米纤维素复合薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种MXene/银纳米线/纳米纤维素复合薄膜及其制备方法。所述方法的主要步骤是：(1)刻蚀MAX制备单层MXene胶体溶液；(2)制备银纳米线胶体溶液；(3)TEMPO氧化法制备羧基化的纳米纤维素胶体溶液；(4)将以上三种胶体溶液按一定质量比混合，搅拌并冰浴超声得到均匀的混合液；(5)将混合液进行真空抽滤并热压干燥，得到MXene/银纳米线/纳米纤维素复合薄膜。本发明提供了一种MXene/银纳米线/纳米纤维素复合薄膜的制备方法，制得的复合薄膜具有良好的柔性、电化学性能、电磁屏蔽性能以及抗菌性能，在航空航天、武器装备、柔性可穿戴设备等领域有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及能源材料技术领域，特别涉及一种MXene/银纳米线/纳米纤维素复合薄膜及其制备方法。

背景技术

近年来，柔性可穿戴电子器件在便携式移动电子设备、新型能量存储设备以及人体运动检测等应用领域前景广阔，受到科研工作者们的广泛关注。目前已有大量的研究致力于开发具有不同结构和功能的材料，尤其在传感器、超级电容器、电磁屏蔽等领域的应用。因此，优化柔性可穿戴材料的设计原则，开发出良好线性度、高灵敏度以及宽工作范围的传感器；开发集成良好机械性能、电化学性能、防霉抗菌、良好电磁屏蔽性能的多功能可穿戴器件；开发具有可穿戴舒适度和透气性的纤维、织物等，是复合材料在柔性可穿戴器件领域未来的发展方向。

二维材料，如石墨烯、黑磷、MXene、过渡金属硫化物等，因其独特的物理化学性质，高比表面积、优异的电子和机械性能而得到了广泛的研究。尤其近几年新兴的二维片状纳米材料MXene，主要为二维过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物，目前研究较多的包括Ti₃C₂、Ti₂C、V₂C、Nb₄C₃等，具有优异的导电性、导热性、光热性、亲水性、抗菌性及机械性能等，在能源、环境、生物医用等领域占领一席之地。然而，MXene由于相邻纳米片间的强范德华力相互作用，在抽滤和干燥过程中，容易造成纳米片堆叠和自聚集，导致可用表面积的剧减以及电荷传输阻力增大。

银纳米线作为最具代表性的纳米尺度一维结构的金属线，是近年来微电子设备、微电极、生物传感器、薄膜太阳能电池以及催化剂等领域研究的热点。其特殊的一维结构可为电子传输提供孔道，使其具有优异的导电性(电导率高达6.3×10⁷S/m)和低的表面电阻。同时由于纳米级别的尺寸效应使其导电网络具有优异的透光性和耐弯折性，这为实现柔性、可弯折的电子器件提供了可能。此外，银纳米线还具有生物相容性以及抗菌性而被广泛运用到传感器、微电极领域。

纤维素纳米纤维作为一种天然一维纳米材料，具备天然生物质材料来源广泛、绿色环保等优点，同时具有长径比高、柔韧性好、表面官能团丰富等优异的物化性质。然而，CNFs不具备导电性，在赋予柔性材料优异力学性能的同时，也带来了低电导率的问题。

为了解决以上各原材料之间的问题，提升MXene膜电极材料的性能，本发明引入银纳米线增加比表面积以及层间导电率，引入纳米纤维素插层，避免MXene成膜后阻塞以及比表面积减小。另外，银纳米线以及纳米纤维素的添加，起到增强复合膜的柔性以及机械性能的作用，使本复合膜具备多项优异性能。

发明内容

本发明提供了MXene/银纳米线/纳米纤维素复合薄膜及其制备方法，其目的是要解决MXene纳米片层堆叠导致性能无法进一步提升的问题。另外，目前薄膜材料电化学性能与机械性能不能兼备、功能单一、制备复杂等问题也限制该领域的发展。本发明制得的复合薄膜具有良好的柔性、电化学性能、电磁屏蔽性能以及抗菌性能，在航空航天、武器装备、柔性可穿戴设备等领域有广阔的应用前景。

本发明的技术解决方案：一种MXene/银纳米线/纳米纤维素复合薄膜及其制备方法，包括如下工艺步骤：

(1)制备1～5mg/mL的单层MXene胶体溶液；

(2)制备1～5mg/mL的银纳米线胶体溶液；