[发明专利]一种流变特性高度可调的通用型MXene凝胶墨水、制备方法及其应用

权利要求书

1.一种流变特性高度可调的通用型MXene凝胶墨水的制备方法，其特征在于，所述MXene凝胶墨水具有微观三维结构，提高了MXene片层的利用率，且可通过调控体系中的水含量实现从凝胶到均质墨水的连续转变，其制备方法包括以下步骤：

第一步，向MXene分散液中加入少量阳离子溶液，制得具有微观三维结构的MXene水凝胶；

第二步，离心水洗MXene水凝胶得到MXene粘土；

第三步，将MXene粘土分散在去离子水中，再加入氢键缔合剂，搅拌均匀得到MXene凝胶墨水；

所述凝胶墨水的黏度范围为10^-1至10⁴ Pas，弹性模量范围为10至10³ Pa；氢键缔合剂、MXene纳米片和水分子之间形成的氢键网络增强MXene片层与体系内水分子的相互作用，形成流变特性高度可调的墨水；

第一步中的所述阳离子通过静电作用、氢键作用或共价键合作用，诱导MXene片组装形成具有三维结构的水凝胶，其中所用阳离子溶液为盐溶液、酸溶液或碱溶液；所述盐溶液为NaCl、MgCl₂、FeCl₂、CoCl₂、NiCl₂、ZnCl₂、AlCl₃、FeCl₃、MgSO₄、ZnSO₄、Al₂ (SO₄)₃和NH₄Cl中的至少一种，所述酸溶液为HCl、HI、HBr和H₂SO₄中的至少一种；所述碱溶液为NaOH、KOH和NH₄OH中的至少一种；

第三步氢键缔合剂溶液的加入可构建氢键强化网络，实现凝胶墨水流变的连续调控，氢键缔合剂为羧甲基纤维素、聚四氟乙烯、海藻酸、海藻酸钠、柠檬酸、聚丙烯酸 、黄原胶和瓜尔胶中的至少一中。

2.根据权利要求1所述的通用型MXene凝胶墨水的制备方法，其特征在于：第一步中的MXene分散液为层数少于10层的MXene分散液，所用MXene为Ti₃C₂T_x、Ti₂CT_x、Nb₂CT_x、V₂CT_x、(Ti_0.5Nb_0.5)₂ CT_x、(V_0.5Cr_0.5)₃C₂T_x、Ti₃CNT_x和Ta₄C₃T_x中的至少一种，其中T为表面官能团-OH、-O和-F中的至少一种，x为官能团数。

3.根据权利要求1所述的通用型MXene凝胶墨水的制备方法，其特征在于：第一步中，所述阳离子溶液中的阳离子与MXene分散液中的MXene的质量比为1:(1 ~ 100)。

4.根据权利要求1所述的通用型MXene凝胶墨水的制备方法，其特征在于：第二步所述离心水洗的转速为1000 ~ 6000 rpm，离心水洗的次数至少为1次。

5.根据权利要求1所述的通用型MXene凝胶墨水的制备方法，其特征在于：所述氢键缔合剂的浓度为0.1~10 wt%，氢键缔合剂的质量与MXene的质量比为1:(0.1~1)。

6.一种采用权利要求1-5任一项所述方法制备的通用型MXene凝胶墨水的应用，其特征在于：所述MXene凝胶墨水可用于直写、印刷或3D打印领域。