[发明专利]一种改性纳米纤维素/MXene柔性导电复合薄膜及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种改性纳米纤维素/MXene柔性导电复合薄膜及其制备方法和应用，该制备方法包括将芳纶纳米纤维素加入到纳米纤维素分散液中，搅拌反应，得到复合纤维素；将Ti₃AlC₂与HF的混合溶液置于氮气气氛中，在恒温条件下搅拌反应，得到Ti₃C₂T_XMXene溶液；将复合纤维素加入Ti₃C₂T_XMXene溶液中，搅拌反应后，得到所述改性纳米纤维素/MXene柔性导电复合材料，将该复合材料抽滤并热压干燥后，得到改性纳米纤维素/MXene柔性导电复合薄膜。该制备方法提升了纳米纤维素/Ti₃C₂Tx MXene电极材料的力学性能。

技术领域

本发明属于柔性复合材料制备领域，涉及一种改性纳米纤维素/MXene柔性导电复合薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，可穿戴、便携、可折叠的电子设备迅速发展，受到了科研工作者的广泛关注。因此迫切需要探索具有优异电化学性能，机械性能，良好电磁屏蔽性能的柔性电极材料，未来可应用于超级电容器，电磁屏蔽等领域。二维片状纳米材料Ti₃C₂T_xMXenes主要是2D过渡金属碳化物，具有高表面积、电导率优异、化学性质稳定的优点，在能源环境等领域占领一席之地。Ti₃C₂TxMXenes是通过选择性刻蚀前驱体Ti₃AlC₂中的Al得到的。Ti₃AlC₂中的Ti和C之间存在强共价键，而Ti与Al之间表现出较弱的金属键结合，这为Al原子的成功剥落提供了一定可能。刻蚀之后，Ti₃C₂T_xMXene表面具有亲水性官能团(-OH、-O、-F)，有利于电解质溶液的浸润。然而，层状MXene薄片在相邻纳米片层之间存在很强的范德华力，容易造成纳米片重新发生堆叠和自堆叠，从而导致电荷存储的活性位点暴露不足，比容量降低。而且MXene二维材料较差的机械强度和柔韧性限制了其在可穿戴和便携式电子设备的应用。

为了增强Ti₃C₂Tx MXene基复合材料的力学性能，改善Ti₃C₂Tx MXene的堆叠效应，将聚合物填料或一维(1D)有机纳米纤维与Ti₃C₂Tx MXene混合制备复合材料是目前制备柔性电极材料的主流方法，Ti₃C₂Tx MXene可通过氢键作用与聚合物基体或有机纳米纤维之间复合。然而，这些聚合物基体和纳米纤维自身具有相对较低的力学性能，同时与Ti₃C₂TxMXene之间存在较弱的界面结合力，限制了复合材料在许多要求高力学性能领域中的应用。此外，在Ti₃C₂Tx MXene二维纳米片层之间插入过多的聚合物和有机纳米纤维会导致Ti₃C₂Tx MXene二维片层的绝缘接触，阻碍薄膜中Ti₃C₂Tx MXene导电通路的构建，在赋予复合材料力学性能的同时，也带来低电导率的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种改性纳米纤维素/MXene柔性导电复合薄膜及其制备方法和应用，从而解决MXene柔性导电复合材料易发生堆叠和自堆叠、且机械强度和柔韧性较差的技术问题，进一步，本发明还解决了添加过量纳米纤维素插层剂导致的MXene柔性导电材料导电性能差的技术问题。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种改性纳米纤维素/MXene柔性导电复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：

将芳纶纳米纤维素加入到纳米纤维素分散液中，搅拌反应，得到复合纤维素；