基於高效能 2D MXene 的導電聚合物雜化物：合成到新興應用

奈米技術和材料化學研究的進步徹底改變了下一代應用的可拉伸、柔性和可穿戴電子產品領域。具體而言，MXene的探索和進步在現代材料化學研究中取得了顯著突破，以製造和設計高效能可穿戴電子產品。MXene已被廣泛研究，透過將它們與高度柔性的導電聚合物整合來設計柔性和可穿戴裝置，以提高它們的效能並賦予新的功能。本綜述總結了MXene整合導電聚合物（MXCP）在設計可穿戴電子產品複合結構方面的最新進展。MXene的合成和製造MXCP複合材料的策略以及它們的機械和電學效能都得到了強調。討論了MXCP在能量儲存、電磁遮蔽、個人熱管理、感測器和生物電子學中的不同應用。該評論還提出了探索MXCP複合材料在可穿戴電子應用中的巨大潛力的途徑。

達卡大學國家紡織工程與研究所，達卡 1000，孟加拉國

一、簡介

智慧、可拉伸、互動式和可穿戴裝置對柔性電子產品產生了前所未有的興趣，以在材料效能、裝置整合、結構可靠性等方面增加優勢。奈米技術的最新進展和電子產品各個方面的現代化創造了可穿戴技術的繁榮，這使創新向前邁進了一步，在現代醫療保健、能量儲存和收集虛擬和增強現實、行動式電子產品、防護罩、和智慧服裝。奈米級材料極大地促進了柔性電子產品的這些深遠進步，並且將它們整合到各種基板中是非常有趣的。奈米級材料啟用的裝置靈活、輕便，非常適合與身體曲線結合工作，因此在可穿戴電子平臺中得到了廣泛的利用。從零到二維、碳質、導電聚合物（CP）和金屬奈米粒子的幾種有機和無機奈米材料已被廣泛用於設計可穿戴電子裝置的眾多應用。

二維過渡金屬碳化物和氮化物（MXene）因其出色的電子和金屬導電性、豐富的表面功能、優異的電化學和光電效能而成為製造柔性和可拉伸電子產品的新前沿奈米材料。此外，調整MXene表面化學的絕佳機會使其在各個應用領域具有驚人的前景。MXene的結構式為Mn+1XnT

X

（n = 1–3），其中n+1層過渡金屬M指的是早期過渡金屬（例如Ti、Zr、V、Nb、Ta或Mo），X是碳和/或氮，T

X

代表MXene表面的官能團（例如，–O、–OH、–F、–Cl）。由於結構中三種不同元素的多樣性，迄今為止已經合成了三十種不同結構組成的MXene，各種獨特的組成還有待揭曉。MXene本質上是一個大家族，其成分多樣且具有尖端的材料效能，因此受到研究人員和工業專家的廣泛關注。MXene的早期研究主要集中在瞭解其電化學屬性上，在這種情況下，它一直在其他奈米材料中表現出優越性。然而，正是MXene無與倫比的導電性使MXene成為電子應用中特別需要的材料。為此，MXene徹底改變了可穿戴和柔性電子技術，從而服務於智慧醫療監測、電磁遮蔽干擾（EMI）遮蔽、熱管理、柔性感測和生物醫學等平臺。此外，MXene的可定製表面化學使其能夠與其他奈米材料結合，從而為裝置應用提供更好的材料效能。MXene已顯示出其與石墨烯、碳奈米管（CNT）、金屬奈米材料和導電聚合物整合以用於各種應用的潛力。

MXene功能化導電聚合物（MXCP）如（聚（3，-亞乙基二氧噻吩）：聚（苯乙烯磺酸））（PEDOT：PSS）、聚苯胺（PANI）、聚吡咯（PPy）的研究在過去幾年取得了異常進展。由於這兩種材料之間的特殊協同作用歸因於它們固有的材料特性和易於加工，因此可以設計高效能奈米結構材料。為了從MXene和導電聚合物製造混合功能奈米結構，已經探索了幾種策略，包括塗層、真空輔助過濾（VAF）、原位聚合、電化學沉積（ED）等，並且由此產生的器件在儲能中得到了應用、智慧紡織品、感測、個人熱管理和電磁遮蔽（EMI）。在MXCP複合系統中，已發現CP的功能眾多，例如，PEDOT：PSS作為粘合劑可提高MXene功能化棉紡織品的附著力和柔韌性，直接塗上大MXene薄片。從本質上講，要突出MXene功能化CP的進展，需要對其合理設計和加工進行全面瞭解，最重要的是，要為高階應用實現新的功能屬性。

在此，這篇綜述旨在總結基於MXCP的奈米結構器件在可穿戴和柔性電子應用領域取得的最新進展。目前，沒有針對功能目的突出顯示基於MXCP的裝置的綜合評論。該評論首先總結了2D MXenes的化學性質，並概述了廣泛探索和可擴充套件的合成技術。然後重點介紹了各種MXCP處理技術，然後分析了它們各自的優缺點。還討論了MXCP的兩個一般屬性（機械和電氣）。討論了MXCP在各個電子領域的新興和潛在應用，並在審查的同時，嚴格比較了不同的效能引數。最後，詳細概述了該領域未來的研究和開發範圍。

2。 MXene的合成

2。。 MAX相的合成

MXenes是二維先進奈米材料領域的最新發現之一。自從2011年在德雷塞爾大學被發現以來，它們已經在各種應用中證明了自己的優點。通常，MXenes是透過從其前體MAX相（自上而下的方法）中選擇性地去除某些原子層來合成的，這些原子層比MXenes更緻密。自從首次發現MXene以來，這條路線被廣泛研究以合成MXene，併成為一種流行的路線。這種主要的MAX相通常是六邊形層狀（空間群P63/mmc）和一個非常大的三元碳化物和氮化物家族，圖1a。這些過渡金屬碳化物和氮化物（MAX相）用Mn+1AXn（n=1、2或3）表示，其中M代表過渡金屬，A代表元素週期表A族元素（主要是A族元素）13和14），X代表氮（N）和/或碳（C）原子。MAX相的近密堆積M層與A族元素層結合在一起，其中X原子填充了前者之間的八面體位點。到目前為止，已有超過150種MAX相前體可用，圖1b。由於具有三種不同原子結構的各種M元素的可用性，可以透過實驗合成30多種具有不同化學成分的化學計量MXene。此外，還可以使用密度泛函理論（DFT）在理論上預測超過25種不同有序的MXene。

圖1 （a） MAX相和MXene的結構。經許可轉載。（b）更新後的MAX相的組成在元素週期表中表示。經許可轉載。

2。。。用氫氟酸蝕刻

“M”和“A”元素之間的強金屬鍵阻止它們分離MAX相層（Mn+1AXn）以使用機械剝離或剪下來合成MXene，如合成石墨烯或黑磷。然而，由於M-A鍵比M-X鍵（混合共價/金屬/離子特性）具有相對化學活性，因此可以透過選擇性蝕刻來分離MAX相的A元素層，導致鬆散MXenes的堆疊和多層結構。因此，高選擇性蝕刻顯著影響MXenes從其MAX前體的合成。

在這方面，氫氟酸（HF）主要用於選擇性蝕刻MAX前驅體中存在的A元素層，尤其是合成碳化物MXene。HF溶液的濃度和處理時間被認為是MXenes合成的重要引數。在此過程中，MAX相前體的粉末在特定濃度的HF水溶液中攪拌，隨後，透過過濾攪拌溶液的混合物將固體與上清液分離。然後透過使用去離子水洗掉分離的固體，將懸浮液的pH值保持在4和6之間。因此，形成類似於薄片化石墨的鬆散堆積的手風琴狀結構。Naguib及其同事首次對Ti

3

AlC

2

MAX相前驅體的A元素層（Al層）進行了選擇性蝕刻以合成Ti

3

C

2

MXene，這是透過將MAX相前驅體粉末在濃縮（50%）中混合完成的室溫下HF溶液攪拌2小時。透過選擇性蝕刻MAX相的A元素層形成MXenes（圖2a）遵循以下蝕刻反應：87 Ti

3

AlC

2

+ 3HF = AlF3 + 3/2H2 + Ti

3

C

2

（1） Ti

3

C

2

+ 2H2O = Ti

3

C

2

（OH ）2 + H2 （2） Ti

3

C

2

+ 2HF = Ti

3

C

2

F2 + H2 （3）反應（1）對於MXenes的形成至關重要，其中高反應性Ti原子透過蝕刻Al形成Ti

3

C

2

，然後與H2O反應（反應（2））和HF（反應（3））分子在MXenes表面形成端基（OH、F、O、H等）。後來，這些端基被取代以改變MXenes的特性，包括調諧帶隙、更高的電子遷移率（在室溫下）、半金屬丰度和2D鐵磁性。研究人員對這項技術進行了深入研究，以合成不同種類的MXene，包括Ti2C、V2C、Nb2C、Nb4C3、Ta4C3等。

圖2 （a）用HF選擇性蝕刻Ti

3

AlC

2

MAX相以合成MXene （Ti

3

C

2

T

X

）。經許可轉載。（b）用熔鹽蝕刻MAX相前體的A元素以合成MXene。經許可轉載。（c）從非MAX MO

2

Ga2C合成MO

2

CT

X

MXenes薄片的過程示意圖。經許可轉載。（d）包含來自Hf3［Al（Si）］4C6化合物的2D Hf3C2 MXene的Hf合成過程示意圖。經許可轉載。

2。。。用氟鹽蝕刻

HF由於其高毒性和腐蝕性而非常危險。因此開發了替代方法，包括將鹽酸（HCl）與含氟化合物混合。使用HCl和氟化物鹽混合物合成MXene具有很大的優勢，因為它產生的MXene缺陷更少，並增加了整體電導率。這個過程被認為比直接使用HF安全得多。例如，Ghidiu等人已經嘗試用鹽酸（HCl）和氟化鋰（LiF）蝕刻Ti

3

AlC

2

MAX前驅體以合成MXenes，其中原位HF透過以下反應生成：LiF + HCl = HF + LiCl （4 ） NH4F + H2O = NH

3

·H2O + HF （5）這種原位產生的HF進一步遵循反應（1）-（3），表面官能團賦予MXene親水性。

2。。。氮化物基MXene的合成

由於高能量需求，透過用酸性溶液蝕刻MAX前驅體來合成氮化物基MXene （Tin+1Nn）具有挑戰性。已經發現，當透過用HF溶液蝕刻生產含氮MXene時，由於氮化物的內聚能較低，所生產的MXene不太穩定。在這方面，熔融氟化鹽已被廣泛研究以蝕刻各種MAX相的“A”元素併成功合成氮化物MXenes （Ti4N3），被認為是最有效的方法。然而，需要進一步研究合成新的MXenes。例如，Urbankowski和同事首先使用熔鹽混合物（KF、LiF和NaF）蝕刻MAX相（Ti4AlN3），在Ar存在下在高溫（550°C）下合成氮化物MXene（Ti4N3）大氣，圖2b。

2。。非MAX相的合成

除了從MAX相前體合成MXenes外，還進行了多項研究以從非MAX相合成MXerne。例如，Meshkian和他的同事首先透過使用50%的HF溶液從MO

2

Ga2C前驅體中選擇性蝕刻鎵（Ga）層來合成MO

2

C MXene。這種非MAX MO

2

Ga2C相具有與MAX相相似的組成，該相的結構不太可能與任何已知的MAX相不同，因為它具有兩個被碳化物層隔開的A層（Ga）。當Halim等人揭示了使用蝕刻劑（HF和LiF/HCl解決方案），圖2c。此外，Zhou等人沒有蝕刻Al層，而是從另一種非MAX相前驅體Zr3Al3C5蝕刻Al3C3層以合成Zr3C2T

X

MXene，可以用以下方程描述：Zr3Al3C5 + HF = AlF3 + CH4 + Zr3C2 （6 ） Zr3C2 + H2O = Zr3C2（OH）2 + H2 （7） Zr3C2 + HF = Zr3C2F2 + H2 （8）透過用HF選擇性蝕刻Ti

3

AlC

2

發生的類似反應（方程（2）和（3）），在方程式（6）中形成Zr3C2，然後將與方程式（7）和（8）中的H2O和HF反應以在合成的MXenes Zr3C2中形成不同的端基。在另一項研究中，Zhou和他的同事97透過選擇性蝕刻［Al（Si）］-C亞層和濃HF，從Hf3［Al（Si）］4C6化合物製造了含有Hf的二維Hf3C2 MXene，圖2d。第一性原理密度泛函計算證實，與Al相比，Si的價電子降低了蝕刻介面的粘附能。結果，Hf-C和Al（Si）-C亞層之間的介面附著力透過在Al上取代Si而減弱，然後能夠進行後續蝕刻。這些非MAX相（Zr3Al3C5和Hf3［Al（Si）］4C6）是層狀三元過渡金屬碳化物的成員，通式為MnAl3Cn+2和Mn［Al（Si）］4Cn+3，其中M代表過渡金屬，尤其是Zr或Hf且n = 1-3。這裡，每個金屬層都被碳層隔開，因此，M

2

C或M3C2層被Al-C單元隔開。因此，可以透過從這些非MAX相中蝕刻碳化鋁（Al-C層）來製造新型MXene。例如，U2CT

X

MXene可以透過蝕刻Al3C3層從U2Al3C4合成。

3。 MXCP複合材料的製備策略

3。。真空輔助過濾（VAF）

VAF是一種分離技術，用於使用真空泵透過強制使液體透過過濾器來分離溶解在溶液中的固體。VAF是材料化學中廣泛使用的過濾技術之一，特別是用於合成奈米尺寸的材料，該技術已被廣泛研究以在製造MXCP複合材料時將MXene整合到聚合物基體中。在該技術中，在進行真空過濾之前，將所需量的聚合物和MXene在極性溶劑中劇烈攪拌或超聲處理。例如，Liu等人用氟化物鹽選擇性蝕刻Ti

3

AlC

2

MAX相前體的Al層以合成MXene。然後透過VAF路線將製造的MXene與導電PEDOT：PSS整合，以製造用於EMI遮蔽應用的MXCP複合結構。此外，Wang等人透過VAF方法以Ti

3

C

2

T

X

為基體制備了超薄Ti

3

C

2

T

X

/Fe3O4@PANI複合材料夾層結構。在這項研究中，透過增加Fe3O4@PANI的含量來最小化薄膜厚度的變化，然後連續攪拌，然後透過VAF將Fe3O4@PANI複合材料均勻地分佈在有莖的Ti

3

C

2

T

X

中並形成夾層插層結構。類似地，PEDOT：PSS聚合物與Mo1。C MXene混合以製造MXene/PEDOT：PSS薄膜，然後是VAF。製造的薄膜進一步用H2SO4處理，這導致PEDOT奈米纖維網路在MXene片之間對齊，從而導致高靈活性和增強的裝置效能。由於去除了多餘的未偶聯PSS酸，用濃H2SO4處理製備的薄膜有助於在PEDOT網路中形成結晶奈米原纖維結構。PEDOT的奈米原纖維網路負責增加MXene薄片之間的層間距，從而提高器件效能。此外，發現MXene擴大的層間距有助於超級電容器應用中的電荷傳輸。0其他人也研究了這種簡便的溶液處理VAF技術來設計MXCP複合材料。與溶液混合方法並行，VAF技術也用於在CP與MXene作為基質進行原位聚合後立即製造MXCP複合材料，用於各種應用。這種基於原位聚合的VAF方法已被廣泛探索，因為CP很容易與MXene薄片聚合，因為MXene薄片的巨大親水末端很容易在極性溶劑中散佈。在一個這樣的例子中，Boota和同事108透過VAF技術在Ti

3

C

2

T

X

Mxene層之間聚合無金屬導電PPy，製造了基於贗電容電極的體積超級電容器。PPy的嵌入促進了電荷的快速傳輸，並透過擴大MXene層之間的空間為電荷滲透引入了導電通路，這導致了具有優異迴圈穩定性的高重量和體積電容。使用VAF方法制造MXCP具有多種應用的優點，但是，控制單體的重量百分比，同時製造MXCP複合材料非常困難，因為存在擺脫水溶性聚合物的風險，這可能會危及複合材料的性質、組成和應用。

3。。原位聚合

原位聚合是用於合成奈米複合材料的材料化學中的化學封裝過程，因為它提供了均勻分散的奈米粒子的直接合並，並將合成的材料均勻地分佈在本體聚合物複合材料中。這種技術在聚合物基體和填料之間產生了強烈的相互作用，因為它將填料均勻地分散在整個基質中，而單體和填料在溶劑中混合形成均勻的混合物。然而，這種方法並不環保，因為在將填充材料與聚合物基質結合時使用了不同的有害溶劑。在此過程中，透過使用溼法將小分子單體、引發劑或固化劑與2D MXene混合以將MXene均勻分佈在聚合物基質中來合成大分子。這種共混工藝被廣泛用於合成MXCP複合材料，因為它顯著提高了MXene在主體聚合物基質中的分散質量。和其他智慧裝置可穿戴應用。例如，Wu等人採用了一種低成本且方便的方法，使用原位聚合技術為超級電容器應用製造了大型器官狀MXCP結構。這種類似器官的Ti

3

C

2

框架透過限制和阻止PPy的生長和堆疊，使製造的Ti

3

C

2

/PPy奈米複合材料的結構穩定性成為可能，這對於設計用於先進可穿戴儲能系統的下一代電極具有廣闊的前景。事實證明，CPs與MXene的原位聚合可以改善對設計可穿戴裝置至關重要的複合材料結構的物理和電學效能。例如，Boota等人將PPy原位聚合到Ti

3

C

2

T

X

MXene上作為贗電容電極，在不使用危險氧化劑的情況下製造可穿戴儲能裝置。在這項研究中，MXene層內PPy的嵌入擴大了它們之間的空間，這負責快速離子傳輸併為高贗電容效能提供了有利的架構。類似地，VahidMohammadi和同事117透過將PANI原位聚合到MXene片材的表面上開發了一種儲能系統，如圖3（a和b）。他們透過最大限度地減少聚合過程中的聚合物量，為高效能電化學裝置設計了一種具有高離子傳輸能力的混合電極結構。此外，Wei等人透過吡咯單體的原位聚合將PPy奈米球沉積在Ti

3

C

2

MXene片上，以合成用於高效能超級電容器的異質結構MXCP複合材料。製造的MXCP複合材料透過防止Ti

3

C

2

層的團聚和堆疊為快速電子轉移提供了足夠的環境。在另一項研究中，透過使用原位聚合技術合成Ti

3

C

2

T

X

/PPy雜化物的異質微觀結構開發了EMI遮蔽系統，其中多層Ti

3

C

2

T

X

和PPy分別充當活性基材和表面改性劑。在這裡，作者已經表明，PPy的原位聚合形成了整體導電網路以及它們之間的協同效應，這是削弱入射電磁波（EMW）的原因。除了合成用於能量儲存和/或EMI遮蔽的MXCP複合材料外，Zhao等人還設計了一種用於靈活感測應用的複合材料結構。在這項研究中，他們採用原位聚合技術將PANI與Ti

3

C

2

T

X

MXene結合起來（圖3c）。製造的混合結構在室溫下在0-120°的彎曲範圍內顯示出高機械穩定性和對乙醇氣體分子的穩定感測。

圖3 （a和b）分別從層狀Ti

3

AlC

2

MAX相製備MXene和PANI原位聚合到MXene表面的圖示。經許可轉載。（c） PANI與Ti

3

C

2

T

X

MXene片的結合示意圖。經授權轉載。

3。。電化學沉積（ED）

ED是製造聚合物膜的最具成本效益和生態友好的方法之一，並且可以透過調節沉積電流/電位輕鬆控制所製造複合材料的形態。4這種方法也允許對微米和奈米粒子進行均勻塗層有助於在基材上沉積一種以上的材料。塗層的均勻性和形態取決於所使用的聚合模式或聚合物。ED合成聚合物膜的過程非常簡單，因為該方法不需要封端劑、表面活性劑和/或其他分散劑。此外，在熱處理或燒結之前，ED增強了塗層材料和基材之間的介面結合。然而，有時該過程會產生幾十到幾百奈米的大尺寸奈米粒子，並且分佈很差，從而導致複合材料的效能受損。透過改變沉積電位、時間和/或電解質的組成，可以控制製造的奈米粒子的尺寸和密度以及它們在聚合物基質中的分佈。在用於製備聚合物膜的其他製備技術中，由於上述優點，ED引起了人們對使用原位聚合製備MXCP複合材料的極大關注。例如，Tong等人採用ED方法透過將PPy聚合到獨立的MXene薄膜上來製造柔性和獨立的MXCP複合材料（PPy/Ti

3

C

2

T

X

薄膜）。在此，首先將Ti

3

C

2

T

X

浸入由吡咯單體組成的溶液中，然後在MXene（Ti

3

C

2

T

X

）層內部的間隙處注入PPy，然後在MXene的表面聚合形成PPy（圖4a），這類似於PPy在CNT上的聚合過程。直徑範圍從10到30 nm，珊瑚狀PPy顆粒被封閉在MXene膜中，它們具有大比表面積的不平坦表面有助於電容特性。製造的複合膜具有三層，中間只有結晶的Ti

3

C

2

T

X

微結構，該區域的紋理與MXene基質完全不同，圖4b。已發現吡咯環的N-H基團與MXene的官能團（氧和氟）之間的氫鍵是MXene層中PPy排列的原因。這種排列良好的PPy具有高電導率，從而導致更高的離子傳輸以實現快速電荷儲存。

圖4 （a） PPy在Ti

3

C

2

T

X

薄膜上的ED過程示意圖。（b） MXCP薄層樣品的TEM影象。經授權轉載。（c） PPy在MXene上的ED過程以合成MXCP複合膜的3D楊桃狀結構。（d）所製造的MXCP薄膜的3D楊桃樣結構的SEM影象。經授權轉載。

此外，Jian等人採用了一步共電沉積方法來製造MXene/PPy複合材料電極，圖4c。在這個過程中，用來自Ti

3

AlC

2

MAX相前體的HF蝕刻A元素層導致形成良好的堆疊多層Ti

3

C

2

T

X

奈米片。在這裡，發現吡咯單體的自由基陽離子在核心無機填料（即MXene奈米片）的表面聚合，並形成3D楊桃狀MXene/PPy薄膜，圖4d。由於其3D結構改善了離子擴散和電子傳輸，所製造的複合材料提供了增強的電化學效能。其次是缺乏MXene奈米片的重新堆疊以及改進的電化學效能。

同樣，在另一項研究中，使用浸漬和乾燥方法將MXene奈米片塗覆在棉織物上以製造柔性超級電容器，然後電沉積贗電容材料PPy，以避免在製造紡織電極時塗覆的MXene氧化。在本文中，Yan和同事77透過使用HCl + LiF溶液從前體Ti

3

AlC

2

中蝕刻出Al層，然後將其包裹在整個紡織品上，從而選擇性地合成了Ti

3

C

2

T

X

奈米片。Ti

3

C

2

T

X

奈米片上羥基和O

2

的存在被認為是將合成MXene奈米片的部分邊緣氧化成TiO

2

的原因，這將透過損害製備的複合材料的導電性進一步降低電化學效能。在這種情況下，為了防止MXene透過與羥基和O

2

分子的直接相互作用而氧化，他們透過電鍍PPy將PPy引入MXene表面，然後將其牢固地塗覆在MXene層上，從而增強了裝置的效能。此外，透過電泳沉積形成層狀Ti

3

C

2

（l-Ti

3

C

2

），然後透過參考的電化學聚合將PPy沉積到l-Ti

3

C

2

的表面上，開發了獨立的MXene/PPy電極。131。這種簡便的策略已被廣泛研究，以獨特的方式設計和製造MXene-CP複合材料，具有出色的電化學效能，用於能量收集和儲存。MXene在MXCPs的合成和效能方面具有許多優勢。二維材料，如石墨烯耦合導電覆合材料，包括

•MXenes不需要化學和熱還原過程，因此與石墨烯耦合導電聚合物複合材料相比，MXenes的合成更容易。

• 透過整合各種MXenes組合物的電致變色和等離子體特性，可以合成多種複合材料。

• 擁有大量表面端子組，可用於製造高靈敏度應變感測器，使裂紋擴充套件主導感測現象並顯著降低施加應變下的電阻。

•MXene結構中具有多種官能團，使它們能夠比石墨烯更好地粘附CP，從而顯著提高MXCP的導電性。

4。 MXCP複合材料的機電效能

4。。機械效能

機械效能被認為是聚合物及其複合材料的重要引數，可以透過整合2D MXene等無機填料材料進一步增強機械效能。MXenes是最有前途的無機填料之一，具有優異的彎曲效能和良好的剛性。然而，由於合成過程中產生的雜質以及Ti

3

C

2

T

X

片材之間較弱的相互作用，Ti

3

C

2

T

X

MXene薄膜的拉伸強度比石墨烯及其衍生物如氧化石墨烯（GO）紙低得多。一些聚合物，特別是由於MXene表面存在端基，具有極性基團的那些與MXene緊密相連，可以顯著提高所製備複合材料的力學效能，包括屈服強度、楊氏模量、拉伸強度、斷裂伸長率、和硬度。例如，Liu等人報道了一種類似珍珠層的MXCP複合材料，並且所製造的MXCP複合材料的互鎖“實體”結構具有巨大的機械潛力（拉伸強度和拉伸斷裂應變為30。 MPa和1。%，分別）。他們表明，與原始Ti

3

C

2

T

X

薄膜相比，PEDOT：PSS與Ti

3

C

2

T

X

薄膜的結合顯著提高了製造的MXCP複合材料的機械強度和韌性。當Ti

3

C

2

T

X

與PEDOT：PSS的比例為7 ： 1（複合材料的厚度和密度分別為11。μm和1。 g cm-3）時，MXCP的最小拉伸強度為13。 MPa 0。%的斷裂應變。透過將Ti

3

C

2

T

X

與PEDOT：PSS的比率增加到3 ： 1（複合材料的厚度和密度分別為15。μm和1。 g cm-3），拉伸強度和拉伸斷裂應變都可以最大化到30 。 MPa和1。%，分別。有趣的是，複合薄膜的拉伸強度和拉伸斷裂應變比純Ti

3

C

2

T

X

薄膜高出近5倍和8倍。最近，Wan等人將MXene與PEDOT：PSS整合，以製造用於EMI遮蔽的機械堅固複合材料。透過用濃硫酸對MXCP進行後處理，去除了製備的MXCP複合材料的非導電PSS，進一步提高了複合材料的機械效能。據報道，可以透過僅新增少量PEDOT：PSS並隨後用濃硫酸處理來提高拉伸強度。PEDOT：PSS和MXene的加入使製造的MXCP複合材料（MXene/PEDOT：PSS薄膜的70 wt%）的拉伸強度增加到38。±2。 MPa，這幾乎是MXene薄膜拉伸強度的兩倍（22 ± 2兆帕）。這主要是由於MXene/PEDOT：PSS複合材料內部形成了更緻密的結構。值得注意的是，當製備的MXCP用濃硫酸進行後處理時，斷裂伸長率和拉伸強度分別顯著提高了0。%和155%。用濃酸溶液處理後，複合膜中MXene片的取向度得到提高。MXene片材的這種排列結構對製造的複合材料的機械效能產生積極影響。儘管已經合成了30多個品種的MXene，但到目前為止，只有Ti

3

C

2

T

X

MXene得到了廣泛的研究。最近，Qin和同事107利用Mo1。C MXene透過與導電PEDOT：PSS耦合來製造超薄可穿戴超級電容器。作者報告說，原始Mo1。C的奈米硬度和楊氏模量分別為0。 ± 0。和6 ± 1。 GPa。當加入楊氏模量為3。±0。GPa的PEDOT：PSS時，發現所製造的MXCP的整體奈米硬度和楊氏模量分別降低到0。±0。和4。±0。GPa。

4。。電氣效能

自MXene首次報道以來，它已廣泛研究並與其他材料相結合。MXenes在單片（約10 000 S cm

-1

）內具有出色的導電性，接近石墨烯，因此與其他材料結合顯示出卓越的導電性。然而，據報道，MXenes在片材之間表現出較差的導電性。因此，透過控制層間距和尺寸，以及降低MXene薄片的缺陷程度，可以很容易地調整MXene和MXene基複合材料的所需電導率和電阻。在這方面，將MXene摻入高導電性CP極大地提高了導電性，這為開發用於更廣泛應用（包括可穿戴電子產品）的高導電性結構開闢了新途徑。已經發現，MXene的負載量和MXene的固有電效能會影響複合材料的整體電效能。當MXene的電導率增加時，複合材料的電導率也相應提高。例如，Bai等人將銀奈米線（AgNWs）塗覆到MXene整合PEDOT：PSS （MP）上，以製造用於基於柔性透明電極（FTE）的有機發光二極體的混合AgNWs-MP結構。作者已經表明，在MXene負載量為0。 mg mL

-1

的情況下，AgNWs-MXene複合材料顯示出25Ωsq-1的薄層電阻。或者，當製造的AgNWs FTE與質量負載為1。 mg mL

-1

的PEDOT：PSS整合時，它們的結電阻達到了33Ωsq-1的不利值。這種與電導率相關的不可接受的值透過協同奈米焊接工藝得到改善，該工藝是透過使用MP填充AgNW滲透網路的孔來完成的。然而，隨著PEDOT：PSS負載的增加，製造的FTE的薄層電阻首先降低，隨後增加。最初在PEDOT：PSS的小負載下（MXene與PEDOT：PSS的質量比為4 ： 1），AgNWs和MXene奈米片被填充形成一個光滑的表面，方塊電阻略微降低到23Ωsq-1。當MXene和PEDOT：PSS的比率為2 ： 1時，由於電阻值從25Ωsq-1減小到17Ωsq-1，所製造的AgNWs-MP的電導率增加。如此顯著的改進是由於PEDOT：PSS從苯甲醚轉變為更具導電性的醌型狀態。此外，導電聚合物溶液的毛細管力引起的靜摩擦增加了接觸面積以及奈米線和奈米片的結合。2製造的複合材料的這種行為增強了整體導電性。然而，當MXene和PEDOT：PSS的質量比超過1 ： 1時，發現由於導電性差的PEDOT：PSS顆粒聚集在AgNWs表面，結電阻增加。此外，即使在100%的彎曲率後，製造的FTE仍顯示出穩定的導電性，並且當PEDOT：PSS的比率為5000次彎曲迴圈後（曲率半徑約2 mm），薄層電阻增加了約86%。MXene。由於PEDOT：PSS和MXene的協同奈米焊接作為導電粘附促進劑和保護層，基於AgNW的FTE也被製造為在H2S環境中表現出優異的結構和化學穩定性。

5、MXCP複合材料的應用

5。。儲能

柔性超級電容器（SCs）由於其優異的電化學特性和長迴圈壽命，在為自供電的下一代電子裝置設計高度靈活的裝置的同時，已被廣泛用於儲存能量。與傳統的電池和電容器相比，這些超級電容器透過形成雙電荷層以透過離子吸附或氧化還原反應儲存能量來獲得高功率密度。如今，2D MXene整合導電聚合物電極已被廣泛研究以設計超級電容器，利用其柔韌性、輕量化、高電容和導電性、改進的化學和MXene的機械效能。表1總結了一些MXCP儲能裝置的效能。

表1基於MXCP的儲能裝置電化學效能現狀

Electrode

Electrolyte

Energy storage parameters

Capacitance retention @ cycles

MXene/PPy

1 M H

2

SO

4

The gravimetric capacitance of 416 F g

−1

86。%@5000

Ti

3

C

2

T

X

/PANI

3 M H

2

SO

4

Volumetric capacitance of 1682 F cm

−3

， gravimetric capacitance of 503 F   g

−1

， energy   density of 79。 W h L

−1

at power density 575 W L

−1

98。%@10 000

MXene/PANI

1 M H

2

SO

4

Volumetric capacitance of 1167 F cm

−3

， gravimetric capacitance of 560 F   g

−1

， energy   density of 65。 W h L

−1

at power density 1687。 W L

−1

87。%@5000

MXene/PPy

1 M H

2

SO

4

Volumetric capacitance of ≈1000 F cm

−3

and gravimetric capacitance of 460   F g

−1

92%@25 000

MXene/PPy textile

H

2

SO

4

/PVA

Gravimetric capacitance of 343。 F g

−1

， energy density of 1。 mW h g

−1

at power density 41。 mW g

−1

—

PANI/rGO/MXene

3 M H

2

SO

4

Gravimetric capacitance of 57 F g

−1

88%@20 000

MXene/PPy NWs

3 M KOH

Gravimetric capacitance of 610 F g

−1

100%@14 000

MXene/PPy

H

2

SO

4

/PVA

Gravimetric capacitance of 420。 F g

−1

， energy density of 10。 μW h mg

−1

at power density 0。 mW mg

−1

86。%@10 000

MXene/PANI

7 M KOH

Gravimetric capacitance of 563 F g

−1

， energy density of 22。 W h kg

−1

at power density 0。 kW kg

−1

95。%@10 000

MXene/PEDOT：PSS

1 M H

2

SO

4

Volumetric capacitance of 1065 F cm

−3

， energy density of 23 mW h cm

−3

at power density 7659 mW cm

−3

80%@10 000

MXene/PPy

1 M Na

2

SO

4

Gravimetric capacitance of 184。 F g

−1

83。%@4000

MXene//rGO/CNT/PANI

3 M H

2

SO

4

Volumetric capacitance of 286 F cm

−3

， gravimetric capacitance of 116。 F   g

−1

， energy   density of 70 W h L

−1

at power density 111 kW L

−1

80%@10 000

MXene/PPy

1 M H

2

SO

4

Gravimetric capacitance of 458 F g

−1

， energy density of 21。 W h kg

−1

at power density 499。 W kg

−1

73。%@4000

MXene/PANI/TiO

2

1 M KOH

Gravimetric capacitance of 108。 F g

−1

94%@8000

MXene/PANI

1 M Na

2

SO

4

Gravimetric capacitance of 164 F g

−1

∼96%@3000

Song等人在細菌纖維素（BC）奈米纖維上原位聚合PPy，然後透過強介面相互作用組裝極導電的MXene （Ti

3

C

2

T

X

）薄片（圖5a），以構建用於不對稱SC的PPy@BC/MXene（PBM）電極。PPy@BC和Ti

3

C

2

T

X

奈米薄片的密切相互作用透過在PPy@BC的官能團和Ti

3

C

2

T

X

之間形成氫鍵來防止MXene奈米薄片的重新堆積。MXene奈米薄片的相互作用和均勻分佈促進了連續導電通路的形成並增加了長程電子傳輸通道（圖5b）。這種行為極大地將MXCP複合材料的電導率提高到14 245 S m

-1

，比PPy NW/石墨烯複合材料高30倍以上，並且具有出色的電化學效能。圖5c顯示PPy與8。 mg cm

-2

的BC/Ti

3

C

2

T

X

負載的結合在0-0的電位範圍內顯著提高了重量電容從255 F g

-1

到550 F g

-1

。V。此外，透過將活性材料的負載量從2。 mg cm

-2

增加到3。 mg cm

-2

，製造的PBM電極將面積電容最大化，最高可達879 mF cm

-2

，並實現了理想的33的能量和功率密度。分別為W h kg

-1

和243 W kg

-1

（圖5d）。從圖5e可以看出，在20 mV s

-1

下迴圈10 000次後，製造的PBM膜電極的容量保持率比PPy@BC複合材料（67。%）高16。%。

圖5 （a） PPy@BC在MXene上的聚合以製造柔性PBM電極。（b）製備的PBM電極中離子和電子傳輸系統的示意圖。（c）製造的電極在5 mV s

-1

下的電化學效能。（d） PBM電極與其他基於PPy的對稱超級電容器的能量密度與功率密度的比較。（e） PBM和PPy@BC電極的長迴圈穩定性，掃描速率為20 mV s

-1

。經授權轉載。

電極的一個主要缺陷是它們在較高的充放電迴圈中可以保持低得多的電容。為了減輕電化學效能的這種限制，Zhu等人將PPy交織成層狀Ti

3

C

2

（l-Ti

3

C

2

）顆粒膜，並透過電化學聚合設計了基於獨立膜（PPy/l-Ti

3

C

2

）的全固態SCs。自由分佈的l-Ti

3

C

2

透過防止聚合過程中PPy的密集纏結形成多孔膜結構（圖6a），從而使充電/放電過程中電解質能夠滲透。同樣，l-Ti

3

C

2

的酸性特徵有助於PPy與Ti

3

C

2

薄片透過吡咯環的N-H基團和Ti

3

C

2

MXene的官能團（氧或氟）之間的氫鍵結合，圖6b。l-Ti

3

C

2

的這種作用顯著提高了PPy/l-Ti

3

C

2

薄膜基SCs的電化學效能。圖6c代表PPy/l-Ti

3

C

2

基紙狀超薄電極，厚度為149μm，用於柔性全固態SC（PVA-H2SO4作為固態電解質），可以自由彎曲。與rGO/PANI複合材料相比，PPy/l-Ti

3

C

2

薄膜顯示出高約30%的電容（203 mF cm

-2

）。值得注意的是，製造的複合膜在20 000次充電/放電迴圈後保持了完整的初始電容，圖6d。PPy/l-Ti

3

C

2

薄膜的超穩定迴圈穩定性歸因於PPy/l-Ti

3

C

2

薄膜的多孔結構以及l-Ti

3

C

2

顆粒中的剛性Ti

3

C

2

片，這有助於形成穩定的插層PPy主鏈。此外，製造的SC顯示出35。 mF cm

-2

的高電容，比基於PPy/石墨烯的複合材料高出近14%。此外，製造的SC在不同彎曲狀態下，甚至在10 000次充電/放電迴圈後，其效能幾乎沒有衰減，圖6（e和f）。

圖6 （a）圖示顯示了夾層l-Ti

3

C

2

中的內插PPy。（b） l-Ti

3

C

2

夾層中插入的PPy的原子級示意圖。（c）基於MXCP的紙的影象，如用於SC的超薄固態柔性電極。（d） MXCP和PPy薄膜迴圈效能的比較。（e）所製備的固態SC的電化學效能。（f）固態SC在0。 mA cm

-2

下的迴圈效能。經授權轉載。

除了PPy，其他CP也被廣泛研究以開發用於儲能應用的超級柔性電極和SC。Li等人在3D大孔Ti

3

C

2

T

X

（3D M-Ti

3

C

2

T

X

）上澆鑄了均勻的PANI層以開發PANI@M-Ti

3

C

2

T

X

正極，圖7a。帶有PANI層的MXene塗層保護了MXene，這透過製造電極的迴圈伏安曲線（圖7b和c）得到證實，並且所有制造的PANI@M-Ti

3

C

2

T

X

電極都可以在高達0。 V的電壓下工作。這裡，作者揭示了PANI（3。 eV的功函式（WF））與Ti

3

C

2

（OH）2 MXene的整合，製造的PANI@Ti

3

C

2

（OH）2複合材料顯示出更大的WF為1。 eV。製造的複合材料的這種行為表明對電子下降有很大的抵抗力，因此與純MXene相比，可以承受負極和更大的正工作電位。製造的電極在10 mV s

-1

下顯示出更高的1632 F cm-3體積電容（圖7d），PANI的質量負載為0。 mg cm

-1

。此外，當使用正極PANI@M-Ti

3

C

2

T

X

（2。 mg cm

-2

）和負極M-Ti

3

C

2

T

X

組裝不對稱SC時，製造的SC顯示出50。 W h L-1的能量密度，進一步增強透過將正極的質量負載減少到0。 mg cm

-2

，到57。 W h L-1，圖7e。製造的裝置顯示出比其他報道的裝置更高的電化學效能，這有可能為設計用於能量儲存和收集的高效能裝置提供令人興奮的機會。此外，固態SC的電容高達568 F cm-3，具有出色的能量和功率密度，分別為33。 mW h cm-3和19 470 mW cm-3，透過整合PEDOT：PSS組裝到Mo1。C MXene。Mo1。C和PEDOT：PSS的雙快速贗電容行為是造成如此令人難以置信的電化學效能的原因。在製造的器件中，H2SO4處理的PEDOT：PSS奈米原纖維結構分離的MXene片保持了贗電容電荷儲存機制，這有助於促進充電/放電迴圈期間的電子和離子傳輸，從而增強電荷儲存（活性表面積）。在另一項研究中，Li等人以電化學方式將PEDOT與碳化鈦整合並製造了混合微型超級電容器（MSC）。由於製造的MSC在10 mV s

-1

的掃描速率下實現了2。 mF cm

-2

的空中電容，並在10 000次迴圈後保留了初始電容的90%。

圖7 （a）壓縮PANI@M-Ti

3

C

2

T

X

電極製備工藝示意圖。（b和c）分別在不同掃描速率下負載40 wt%和20 wt% PANI的製備的MXCP薄膜的迴圈伏安曲線。（d）具有不同質量負載的MXCP薄膜的電化學效能（體積電容）。（e）具有不同PANI@M-Ti

3

C

2

T

X

負載的M-Ti

3

C

2

T

X

/PANI@M-Ti

3

C

2

T

X

全電池的體積能量和功率密度。經授權轉載。

在一項有趣的研究中，Fu等人將石墨烯封裝到類似手風琴的Ti2CT

X

MXene整合聚苯胺基MXCP複合材料中，以設計一種混合電極，即用於柔性儲能裝置的GMP，圖8a。在本研究中，MXCP複合材料是透過在Ti2CT

X

MXene表面聚合自由基陽離子苯胺單體，然後用陽離子表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）處理來製備的。這種CTAB處理的MXCP（CTAB-MXCP）與化學轉化的石墨烯（CCG）片牢固粘附，以合成分級GMP結構。CTAB處理調節的zeta電位有助於離子/電子轉移，因此，GMP電極顯示出優異的電化學效能，電導率為4500 S cm

-1

。因此，這種分層GMP複合材料在1 A g

-1

下產生了635 F g

-1

（1143 F cm-3）的高比電容（圖8b），具有長期迴圈穩定性（可以保持97。% 10 000次迴圈後的初始電容值）。這表明其具有出色的電化學效能，所獲得的比電容值遠高於用還原氧化石墨烯（rGO）耦合的PEDOT：PSS複合材料（102 F g

-1

在1 A g

-1

）、氧化石墨烯（GO）製成的電極耦合PPy（48 F g

-1

at 5 A g

-1

），PPy NW/石墨烯複合材料（434。 F g

-1

at 1 A g

-1

）和rGO-PANI（323 F g

-1

複合材料，1 A g

-1

）。這是透過增加比表面積以接觸大量電解質離子（1 M H2SO4用作電解質）來實現的。這種高導電性GMP後來被用作正極，透過將GMP與使用1 M H2SO4作為電解質的石墨烯負極組裝，設計袋型不對稱SC（p-ASC），圖8c。製造的p-ASC顯示出67。 F g

-1

的比電容，並在10 A g

-1

下10 000次迴圈後保留了94。%的電容。如圖8d所示，p-ASC在950 W kg

-1

的功率密度下也具有42。和25 W h kg

-1

的能量密度。

圖8 （a） GMP合成示意圖。（b）製造的電極MXene、MXCP和GMP在不同電流密度下的電化學效能（比電容）。（c） GMP//基於石墨烯的p-ASC的組裝示意圖。（d） p-ASC的迴圈效能以及在10 A g

-1

電流密度下的庫侖效率。經授權轉載。

5。。個人熱管理

個人熱管理（PTM）是在較冷或較熱的環境中對個人溫暖或寒冷感覺的心理感知狀態。為了維持個人的生理和/或心理健康，確保平衡熱舒適。先進的溫度調節技術，即加熱和/或冷卻紡織品可以透過形成接近面板的小氣候提供足夠的熱舒適度，同時提供特定的功能，透過改變熱條件來測量/改變周圍環境。3具有先進熱舒適系統的紡織品可以平衡最佳身體即使在極端大氣中也能保持溫度，這對生理和心理健康都至關重要。到目前為止，已經單獨研究了各種功能材料和聚合物，或將其與紡織品等柔性結構結合，以製造可穿戴熱裝置，以保持個人水平的熱舒適性。6其中，MXene是最有前途的2D材料，已被廣泛研究用於設計PTM裝置。2然而，關於MXCP複合材料的報道很少，專注於個人熱舒適裝置。例如，Wang等人將矽沉積在PPy/MXene裝飾的紡織品上，其中PPy與MXene原位聚合，然後將其整合到聚（對苯二甲酸乙二醇酯）（PET）紡織品中以進行焦耳加熱。製造的複合紡織品顯示出高達1000 S m

-1

（2。Ωsq-1）的高電導率，並且即使在1000次彎曲迴圈後仍保持出色的電導率（例如，觀察到電阻從39Ω 增加到61Ω 相對較小）。然後利用這種出色的效能來設計用於個人熱量管理的自熱服裝表明，透過將施加的電壓從2 V增加到79 °C，矽塗層紡織品使製成的紡織品的焦耳熱效能從40 °C最大化到79 °C。4 V，與使用MXene耦合蒙脫石製造的焦耳加熱器相當。有趣的是，所製造的加熱器的長期效能得到了證實，因為它能夠在達到飽和溫度後，在3600秒的延長時間內保持大約57 °C的穩定溫度。在低驅動電壓下如此出色的加熱效能將有望用於設計智慧和可穿戴加熱系統。最近，Zheng和他的同事80設計了 PEDOT和Ti

3

C

2

T

X

MXene整合多功能棉織物，特別是使用簡單的氣相聚合（VPP）和噴塗策略的個人加熱應用，圖9（a和b）。智慧織物的PEDOT和MXene薄片之間的導電連線顯示出3。 ± 0。Ωsq-1的最低電阻。所製造的MXCP複合材料的這種行為導致電子傳輸增強，從而提高了織物的導電性。當外加電壓為9 V時，製造的織物結構的表面溫度從71。增加到78。 °C，並且在外加電壓為12 V時可以顯著增加到193。 °C，圖9c。

圖9（a和b）分別是MXCP塗層多功能紡織品的製造和組裝。（c）在不同施加電壓下製成的紡織品的加熱效能。經許可轉載。

在另一項研究中，使用逐層製造技術將導電PANI和2D MXene薄片交替組裝到碳織物（CF）上，以製造複合器件（PANI/MXene/CF織物），用於包括PTM器件在內的多功能應用。製造的複合材料顯示出24。 S m

-1

的電導率，然後將其用於設計用於可穿戴PTM應用的高階加熱紡織品。在室溫（25 °C）下，智慧紡織品在1 V的電壓供應下不會出現溫度升高。結果表明，製造的加熱紡織品在2 V電壓下達到45 °C的飽和溫度，在3 V和4 V電壓下分別進一步升高到66 °C和87 °C。有趣的是，PANI/MXene/CF織物在3 V下表現出穩定的電熱行為6分鐘，並在10秒內降至30°C。還應注意的是，製成的紡織品可以在5分鐘內達到室溫。製造的PANI/MXene/CF織物的這種電熱行為表明其具有快速加熱和耗散的能力，這可能是設計用於可穿戴應用的PTM裝置的理想選擇。

5。。 EMI遮蔽

無線通訊技術的快速發展，更具體地說是在不同頻率範圍內工作的第四代和第五代（5G）無線通訊，產生和發射EMW，中斷了其他電子小工具和裝置的正常執行。這種意外干擾會損害壽命並干擾用於廣泛應用的高度敏感裝置和網路系統的功能，包括航空航天、軍事應用和其他緊急情況中的導航控制系統。這種持續的EMW輻射會威脅到電子裝置，並且它們的長期暴露對人體組織有害，甚至對嬰兒大腦發育有害。因此，遮蔽這種由高頻大功率電子技術引起的電磁干擾（EMI）或EMW汙染，需要引起高度重視。這種遮蔽可以透過整合高導電遮蔽材料來維持，這可以透過減少電磁場和本徵電荷載流子之間的介面作用來發揮作用。在這方面，製造具有高導電性2D MXene的器件是很有前景的選擇，因為MXene自從幾年前首次出現以來就證明了其對EMI遮蔽的功效，這歸功於其分層結構。，，，0因此，MXene由於即使在低得多的MXene負載下也具有良好的導電性，因此與其他有前途的材料，更具體地說是聚合物膜相結合。增強的遮蔽效率可歸因於MXene/聚合物膜的多層結構。在不同的聚合物中，CPs被廣泛研究以與MXene整合，因為高導電性是增強EMI遮蔽的關鍵因素。表2總結了MXCP的EMI遮蔽效能。

表2基於MXCP的裝置的EMI遮蔽效能總結

Materials

Fabrication method

Electrical properties

EMI SE (dB)

Specific EMI (SSE)

Frequency (GHz)

Thickness (mm)

MXene/PEDOT：PSS

VAF

67 520 S m

−1

40。

—

∼12。

∼0。6

MXene/PANI

Mechanical blending

—

22。

—

10。

1。

PANI/MXene/CF fabrics

Layer-by-layer

24。 S m

−1

26

135。 dB cm

3

g

−1

—

0。

MXene/PEDOT：PSS

VAF

340。 S cm

−1

42。

19497。 dB cm

2

g

−1

8。

0。

MXene/PET/PPy textile

In situ polymerization

∼1000 S m

−1

∼90

—

—

0。

MXene/PEDOT：PSS textile

VPP/spray-coating

3。 Ω sq

−1

36。

—

—

—

例如，Zhang等人透過VAF技術設計了具有分層Ti

3

C

2

T

X

（Ti

3

C

2

T

X

/c-PANI）複合材料的共摻雜PANI，用於EMI遮蔽。隨著Ti

3

C

2

T

X

與c-PANI的比例增加到7 ： 1，複合薄膜的電導率達到24。 S cm

-1

，這與EMI遮蔽效率（EMI SE）呈正相關。結果，厚度為40μm的製造複合材料將總EMI SE （SET）在~12時顯著增加至36 dB。GHz遠高於實際值（20 dB）。此外，介電和磁性材料的引入透過增加磁損耗有效地增強了微波吸收。在這方面，最近的一項研究將PANI塗層的Fe3O4複合材料與Ti

3

C

2

T

X

結合使用，以改善使用VAF的MXene的介電損耗，與之前報道的Ti

3

C

2

T

X

/c-PANI複合薄膜相比，該複合材料顯示出改善的EMI SE和微波吸收。Ti

3

C

2

T

X

與Fe3O4@PANI的重量比為12 ： 5的複合薄膜（Ti

3

C

2

T

X

/Fe3O4@PANI）表現出最低的反射和最高的吸收，導致在12。μm厚度下的最大EMI SE為58。 dB 。此外，增加MXene的負載量可能會提高電導率和EMI效率，但也會導致EMW吸收降低。Fe3O4@PANI摻入複合材料增加了磁損耗，同時平衡了MXenes的阻抗匹配。複合材料的異質介面、表面缺陷和層間結構的形成增加了微偶極子效應。增加的介電損耗導致改善的微波吸收。

在柔性和可穿戴EMI遮蔽裝置的情況下，保持製造裝置的結構穩定性和長期EMI遮蔽效能至關重要。對此，尹和同事對多功能紡織品（PANI/MXene/CF Fabrics）進行了水洗和彎曲試驗。經過超聲波清洗和彎曲測試，製造的EMI器件表現出幾乎穩定的表面電阻，僅降低了30%（表面電阻為73。Ωsq-1），遠優於之前報道的EMI遮蔽器件。此外，即使經過60分鐘水洗和1000次彎曲，織物結構也沒有觀察到明顯的形態變化。它還顯示了PANI/MXene層與CF基材之間良好的粘合牢度，因為在剝離測試中剝離膠帶後沒有觀察到膠帶上的殘留顆粒，顯示出令人難以置信的粘合穩定性。MXene和PANI層內的強介面相互作用為優異的EMI遮蔽效能提供了穩健性和穩定性，這是實際應用中非常關鍵的因素。

5。。壓力感測器

在不同型別的可穿戴電子產品中，可穿戴壓力/應變感測器已被廣泛研究以設計智慧裝置，以用於廣泛的應用，包括智慧機器人、柔性觸控式螢幕、智慧電子面板、生理訊號監測和人機互動。9例如柔性感測器的顯著進步主要得益於材料化學研究的進展。例如，MXenes的發現在可穿戴應用的智慧感測裝置的發展中發揮了至關重要的作用，因為MXenes已與各種基板整合以設計用於可穿戴感測的可拉伸結構。3儘管高導電性CP與其他奈米材料廣泛整合（例如石墨烯），關於它們與MXene整合以設計用於智慧應用的可穿戴感測平臺的研究很少。例如，Sharma等人將MXene與聚（偏二氟乙烯-三氟乙烯）（PVDF-TrFE）整合以製造複合奈米纖維支架（CNS），然後將其插入PEDOT：PSS/PDMS（聚二甲基矽氧烷）電極之間以開發CNS基於壓力感測器，圖10a。當MXene與PVDF-TrFE混合使用靜電紡絲工藝製造CNS時，隨著 α 相結晶轉化為 β 相結晶，奈米纖維的機械效能發生協同變化，圖10b。隨著MXene濃度的增加（負載範圍0-13 wt%），由於微觀偶極子和微電容器網路的形成，所製造的CNS感測器的介電常數從10增加到40。另據報道，當MXene的負載量增加到5%時，CNS感測器的壓縮模量降低了58%。這種行為可能歸因於聚合物纖維的軟化，這是由於隨著MXene負載量的增加和聚合物鏈內某些自由體積的引入，聚合物結晶度降低。

所有這些因素都極大地影響了基於MXCP的CNS感測器靈敏度的提高，表現出最大靈敏度為0。 kPa-1，最小檢測限為1。 Pa。在167 kPa左右的極高壓力下，CNS感測器已被證明其卓越的穩定性、長期執行能力和超過10 000次載入/解除安裝迴圈的耐用性，以及在寬壓力範圍（0–400 kPa）內促進線性感應。然後利用製造的感測器來監測和識別不同的生理訊號，包括脈搏率（圖10c和d）、呼吸（圖10e）、眼睛抽搐（圖10f）等。重要的是，這種CNS感測器可用於檢測帕金森氏症的早期跡象，因為製造的裝置能夠在4。Hz的靜態震顫頻率下識別低頻變化，圖10（g和h）。在最近的一項研究中，將Ti

3

C

2

T

X

MXene片材和PEDOT：PSS薄膜組裝在一起，然後將組裝好的結構與棉織物整合在一起，以製造包括應變感測器在內的多功能可穿戴系統。製造的智慧紡織品顯示出3。Ωsq-1的低薄層電阻和對人體運動和生理訊號監測的高靈敏度。製造的應變感測器能夠監測人類手指的運動（彎曲和恢復），並且隨著彎曲應變的增加，它顯示出明顯的負電阻變化，因為感測器的電阻隨著手指彎曲而減小。據報道，它還可以監測手腕、肘部和膝蓋的運動，並具有非凡的負應變感測效能。這種行為歸因於在拉伸和/或彎曲過程中緊密接觸的經紗和緯紗。

圖10 （a） CNS壓力感測器的製作過程。（b）透過將 α 相結晶轉變為 β 相結晶以產生協同效應對CNS進行表面改性。（c和d）透過將感測器連線到志願者手腕的真皮區域來監測橈動脈脈搏波，以及舒張（D）波、潮汐（T）波等單個脈搏波形的特徵峰的放大檢視分別是敲擊（P）波，（e）透過將感測器連線到志願者佩戴的面罩上來監測運動前和運動後的呼吸。（f）透過將CNS感測器連線到眼睛真皮區域附近來監測眼睛抽搐的眼部肌肉振動。（g和h）模擬感測器的手指敲擊能力以4。 Hz的靜態震顫頻率檢測帕金森病的早期跡象的示意圖和4。 Hz震顫的手指放大檢視。經許可轉載。

5。。生物電子

在其他導電材料中，2D MXenes因其優異的機械和電子效能而成為生物電子應用的理想候選材料。儘管MXenes在製造生物電子器件方面具有出色的效能，但MXenes的自重堆疊和團聚降低了MXenes的比表面積和穩定性，這阻礙了它們在生物醫學應用中的應用。將2D MXene轉化為3D MXenes是最有效的方法針對這些問題，據報道，透過氧化和鹼化處理將類似手風琴的Ti

3

C

2

MXene轉化為類似海膽的鈦酸鈉（M-NTO）可以有效避免MXene的自堆積。鈦酸鈉的大帶隙（3。eV），所得的M-NTO往往會降低電導率，透過在M-NTO中引入其他導電材料可以有效控制這種挑戰。在各種導電材料和/或聚合物中，CPs因其良好的導電性、易於製備和重量輕而被廣泛研究。PEDOT優異的穩定性、良好的生物相容性和電化學催化活性使其成為生物電子學的自動選擇。將這種導電PEDOT與先進的奈米材料結合可以產生可能的協同效應並提高其電化學靈敏度並保持基底的形態。1所有這些都使PEDOT成為容納M-NTO以改善導電性。這種生物相容性混合結構（M-NTO-PEDOT）導致具有快速電子轉移性的大比表面積，可用於設計生物醫學裝置。例如，Xu等人制造了一種金奈米顆粒（AuNPs）集成了基於M-NTO-PEDOT的電化學無標記免疫感測器（AuNPs/M-NTO-PEDOT）來檢測前列腺特異性抗原（PSA）。在這項研究中，大孔M-NTO是透過氧化和鹼化HF蝕刻的Ti

3

C

2

MXene奈米片，然後原位氧化將PEDOT與M-NTO結合來製備的。此外，他們在M-NTO-PEDOT表面沉積了AuNP，以容納更多的結合位點用於PSA抗體的固定。因此，所製備的具有大表面積和高電導率的AuNPs/MNTO-PEDOT複合材料允許高負載PSA抗體以及修飾電極的快速電荷轉移。製造的免疫感測器的這些優點提高了電化學測量的靈敏度，並刺激了檢測訊號的放大。將PSA（濃度在0。 ng mL−1範圍內）加入人血清樣品（用0。 M磷酸鹽緩衝鹽水（pH = 7。）稀釋100倍）時，發現製作的免疫感測器可以檢測PSA在96。%至107。%的可接受範圍內（相對標準偏差為3。%至7。%）。

六、總結與展望

進入21世紀以來，材料化學和柔性材料的研究給現代可穿戴和柔性電子裝置帶來了巨大的革命。2004年石墨烯的發現是最大的突破之一，尤其是在材料化學和可穿戴電子領域。在隨後的幾十年中，2D MXene的發現為現代柔性材料研究帶來了重大突破。2D MXenes出色的電氣和機械效能已成為最有前途的候選材料，引起了研究人員的極大關注，將其用於包括可穿戴電子產品在內的廣泛應用中。儘管2D MXenes具有迷人的電氣和機械效能，但已經暴露出包括低柔韌性和穩定性差在內的幾個缺點，這限制了MXenes在下一代應用中的後續發展。針對這種複雜性，MXene結合的複合材料和/或混合結構已被廣泛研究，以促進新型可穿戴電子裝置的發展。到目前為止，2D MXenes已被納入用於可穿戴電子應用的多種材料和聚合物中。9在這些材料中，CP與MXenes廣泛用於製造用於可穿戴電子裝置的高導電性和柔性MXCP。由於CP的低成本、簡單的製造工藝和可調諧的功能，MXCP得到了廣泛的研究。儘管有大量關於基於MXCP的可穿戴電子裝置的文獻，但仍然沒有關於基於MXCP的可穿戴電子裝置結構的整體進展的報道。本綜述試圖簡要介紹CP與2D MXenes結合的最新趨勢和進展。

近年來，已廣泛研究先進材料以設計用於醫療保健監測的柔性和可穿戴生物電子裝置。在這些材料中，MXenes引起了人們對用於緊急醫療監測、人類安全和保護的生物電子學設計和製造的廣泛關注。與其他應用程式類似，尚未探索MXCP用於醫療保健監控。MXCP具有監測人類健康狀況的巨大潛力。

綜上所述，MXCP被廣泛研究用於設計和製造用於EMI遮蔽應用的裝置。這些MXCP複合材料與其他有前途的材料（包括2D石墨烯、生物奈米材料（例如奈米纖維素）和金屬奈米材料）相結合，可以產生各種裝置，這可能是最有前途的下一代可穿戴應用，包括軟機器人。

本文僅用於學術交流，不得用於商業用途。