[发明专利]MXene气凝胶纤维、其制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种MXene气凝胶纤维、其制备方法及应用。所述制备方法包括：对MAX相材料进行化学刻蚀处理，获得MXene材料，并形成MXene分散液；以所述MXene分散液作为纺丝液，采用纺丝技术制得MXene水凝胶纤维，之后进行干燥处理，获得MXene气凝胶纤维。该制备方法简单快捷，有利于连续化大规模制备MXene气凝胶纤维，制得的MXene气凝胶纤维具有由二维MXene片层搭接形成的连续MXene三维多级孔网络结构，其孔隙率高，比表面积大，具有可调的直径，大长径比，高导电性，优异的导电性、良好的强度和韧性等，可用于导电纱线、电加热、能源器件、复合材料、催化、天线、电磁屏蔽和吸波等领域。

技术领域

本发明涉及一种新型气凝胶纤维材料，尤其涉及一种MXene气凝胶纤维及其制备方法与应用，属于纳米多孔材料及功能纤维技术领域。

背景技术

气凝胶是由胶体粒子或高聚物分子相互聚集构成纳米多孔网络结构并在孔隙中充满气态分散介质的一种高分散固态材料，是湿凝胶干燥过程中将其中的液体成分替换成气体而仍然保持其凝胶网络的三维多孔纳米材料。气凝胶最初是在1931年由斯坦福大学的Sterven.S.Kistler采用盐酸水解水玻璃的方法及超临界干燥技术制得的。气凝胶的三维连续网络结构及其高孔隙率(80％～99.8％)、高比表面积、低密度和低热导率等特点使得其在绝热材料、分离材料、催化剂及催化剂载体、气体及生物传感器等方面都显示出巨大的应用潜力，引起了研究者们极大的兴趣。经过几十年的发展，目前气凝胶的种类多种多样，主要有二氧化硅气凝胶、石墨烯气凝胶、氮化硼气凝胶、凯夫拉气凝胶等。

MXene气凝胶，作为MXene典型的三维宏观组装体，具有由MXene片层组装而成的三维连续多孔网络结构。可以说，MXene气凝胶的构筑是对二维MXene纳米片结构上的升华，充分地将二维材料属性转移到宏观水平，同时兼顾三维结构的比表面积大、特异性孔环境、吸附性能强、电荷传输迅速、密度低和可塑性等特质，在储能和催化、生物医学、吸附渗透和环境修复等领域有着超越二维材料不可替代的广阔研究空间和应用前景。

专利CN113101877A、专利CN109679146A和专利CN112011094A均公开了一种MXene气凝胶，但是上述专利所公开的MXene气凝胶材料以块状为主，其柔性差、可编制能力差，限制了MXene气凝胶在新兴多元化应用领域中的可行性，如柔性可穿戴、微电子电路、微流体输运、智能驱动、智能织物、便携式功能器件/设备等；另外上述专利所公开的MXene气凝胶材料均是复合MXene气凝胶，不导电的纳米纤维素作为第二组分的加入，会严重影响所获得的MXene气凝胶的导电性。此外，在MXene气凝胶的研究文献中，几乎看不到处于介观尺度的MXene气凝胶材料，尤其是具有纤维形态的MXene气凝胶至今还没有文献报道。因此，对MXene气凝胶进行宏观维度调控设计，实现MXene在限域环境(介观尺度)中的组装，制备具有薄/细、柔、轻等基本特征的MXene气凝胶纤维，是具有重要的应用需求的，且对于完善MXene气凝胶材料体系是非常有必要的。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种MXene气凝胶纤维及其制备方法与应用，填补了MXene气凝胶纤维的空白，以克服现有技术中的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种MXene气凝胶纤维，其具有由二维MXene片层搭接形成的连续MXene三维多级孔网络结构，所述MXene气凝胶纤维的直径为10μm～1mm，长径比为10⁰～10⁷，密度为0.001～1g/cm³，孔隙率为1.0％～99.5％，比表面积为1～300m²/g，所含孔洞的尺寸为1～100nm，孔容为0.1～4.0cm³/g，电导率为1.0×10²～1.0×10⁵S/m。

本发明实施例还提供了一种MXene气凝胶纤维的制备方法，其包括：