NML綜述：自愈合MXene和石墨烯基復(fù)合材料：性能和應(yīng)用

背景介紹

如今，自愈性石墨烯和MXene基復(fù)合材料已經(jīng)吸引了大量研究人員，因?yàn)樗陂L期應(yīng)用中增加了耐用性并降低了成本。不同的研究集中在設(shè)計(jì)新型的自愈性石墨烯和MXene基復(fù)合材料，它們具有更強(qiáng)的敏感性、可伸展性和靈活性，以及更好的導(dǎo)電性、愈合效果、機(jī)械性能和能量轉(zhuǎn)換效率。這些具有自愈性的復(fù)合材料可用于可穿戴傳感器、超級(jí)電容器、防腐涂層、電磁干擾屏蔽、電子皮膚、軟機(jī)器人等領(lǐng)域。然而，要實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料具有優(yōu)良的任意形狀適應(yīng)性、合適的粘附性、理想的耐久性、高拉伸性、即時(shí)的自我修復(fù)責(zé)任和突出的電磁特性，似乎還需要進(jìn)行更多的探索。此外，優(yōu)化反應(yīng)/合成條件和尋找合適的功能化/改性策略是應(yīng)該全面研究的關(guān)鍵方面。MXenes和石墨烯表現(xiàn)出卓越的電化學(xué)性能，具有豐富的表面端點(diǎn)和巨大的表面積，這對(duì)發(fā)展生物醫(yī)學(xué)和傳感應(yīng)用非常重要。然而，靈活性和伸展性是它們未來應(yīng)用的重要標(biāo)準(zhǔn)，需要加以改進(jìn)。

本文亮點(diǎn)

1. 自愈性石墨烯和MXene基復(fù)合材料可以部署在可穿戴傳感器、超級(jí)電容器、防腐涂層、電磁干擾屏蔽、電子皮膚和軟機(jī)器人中。

2. 自愈性石墨烯和MXene基復(fù)合材料已顯示出更好的導(dǎo)電性、機(jī)械性能、愈合功效和能量轉(zhuǎn)換功效。

3. 自愈結(jié)構(gòu)可以為未來的醫(yī)療保健、傳感器、電子學(xué)、機(jī)器人、超級(jí)電容器/電池、涂層和生物醫(yī)學(xué)開辟相當(dāng)大的新前景。

圖文解析

圖1. MXenes和石墨烯家族的合成和優(yōu)勢(shì)示意圖。

圖2. A PAA-MXene水凝膠的制備過程，以及相關(guān)的凝膠化機(jī)制。APS：過硫酸銨；AA：丙烯酸。B 使用3-（甲基丙烯酰氨基）丙基-三甲基氯化銨（MPTC，陽離子單體）和對(duì)苯乙烯磺酸鈉（NaSS，陰離子單體）的一步自由基聚合制備MXene/聚氨脂（PMN）納米復(fù)合水凝膠的過程。

圖3. A MXene/CMC薄膜的制備過程。B MXene/CMC-5薄膜的外觀圖像。C, D MXene/CMC-5薄膜的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像。E 不同含量的CMC的MXene/CMC薄膜的X射線衍射（XRD）圖像。F 不同溫度下的超級(jí)電容器的電容保留。G 不同溫度下超級(jí)電容器的電化學(xué)阻抗光譜（EIS）圖。H 超級(jí)電容器在25℃下的循環(huán)性能。

圖4. 含有單寧酸（TA）@MXene-SiO2的環(huán)氧涂層的防腐和自愈機(jī)制：沒有（A）和B 設(shè)計(jì)的涂層的腐蝕過程。C 純環(huán)氧涂層中裂紋擴(kuò)展的過程。D 環(huán)氧/TA@MXene-SiO2涂層及其自愈性；MXenes可以成功地在該涂層中形成逐層的矩陣結(jié)構(gòu)，提供良好的腐蝕保護(hù)。

圖5. 三維（3D）多孔復(fù)合海綿，骨架由功能性填料包裹（A），孔隙由功能性填料覆蓋（B），以及相關(guān)的電磁波傳播路線。C（1）自愈性MXene-包裹的三聚氰胺海綿（MS）和（2）MXene/聚氨酯（PU）@MS的制備過程。

圖6. A MXene/rGO氧化物/聚氨酯（MRGP）復(fù)合材料的制備過程。B MRGP復(fù)合材料的熱刺激愈合程序的機(jī)制。C 原始（i）斷裂，（ii）愈合，和（iii）MRGP復(fù)合材料骨架的EMI屏蔽機(jī)制。PUDA：含有Diels-Alder鍵的聚氨酯；MRG：MXene/rGO混合氣凝膠。

圖7. (A）PBAx-PDMS的結(jié)構(gòu)（i）。PBAx-PDMS/FGf的制備過程（ii），以及引入的納米復(fù)合材料的形貌（iii）。PBAx-PDMS和PBAx-PDMS/FGf的熱重分析圖（iv）。PBA-PDMS和PBA-PDMS/FGf的差示掃描量熱曲線(v)。(B) rGO復(fù)合水凝膠的合成（i）。EMI屏蔽效率（SE）隨分子極性的變化（ii）。H2O2的EMI SE隨三聚氰胺泡沫（MF）中的體積含量而變化（iii）。評(píng)估不含MF、含MF和水凝膠的水的EMI SE（iv）。水凝膠中三種不同的水類型（v），電磁波（EMW）在水和冰之間的傳輸（vi）。純水凝膠與冷凍和潮濕的RGO-水凝膠的活性（vii）。PBA：2-[[（丁基氨基）羰基]氧基]乙酯；PDMS：聚二甲基硅氧烷；FGf：折疊石墨烯薄膜；ACC：無定形碳酸鈣；PAA：聚丙烯酸；CS：殼聚糖。

圖8. A 豆莢啟發(fā)的可愈合壓力傳感器及其機(jī)制的示意圖。B 壓力傳感器的可穿戴傳感應(yīng)用在檢測(cè)（i）米飯作為光的物體，（ii）手腕上的血脈，（iii）手的緊握，和（iv）肘部的彎曲。C 基于GRSE的傳感器的電氣性能，由1-芘基修飾的石墨烯層構(gòu)建。D 在人類運(yùn)動(dòng)檢測(cè)中傳感器的傳感活動(dòng)，用于識(shí)別微笑和皺眉。

圖9. A 自愈機(jī)制示意圖，以及PPy/rGO/MWCNTs電極和自愈超級(jí)電容器的制造過程。(i) 基于rGO的纖維線可以被扭曲成彈簧。(ii) 將基于rGO/MWCNTs的溶液加入管道中；然后，形成rGO/MWCNTs復(fù)合纖維。B 尺寸為100 μm的rGO纖維的SEM圖像和堆積的形態(tài)。C 超級(jí)電容器驅(qū)動(dòng)過氧化物納米線檢測(cè)器的示意圖。D 光電流對(duì)檢測(cè)器在照明下的時(shí)間的依賴性。E 含rGO/SnO2液滴在織物上的制備過程。

圖10. A, B CSMA/BPEI/BPEI水凝膠的制備過程及其在乳腺癌靶向抗癌藥物輸送和光熱治療中的應(yīng)用。C 腫瘤消除和治療的手術(shù)過程：（1）腫瘤體積為200mm3；（2）腫瘤切除；（3）水凝膠固化；（4）切口縫合；（5）1天后用近紅外激光照亮小鼠。D 用水凝膠盤踞的小鼠的近紅外成像。E 繪制腫瘤復(fù)發(fā)的Kaplan-Meier生存曲線。F 整個(gè)治療過程中的體重差異。

審核編輯 ：李倩