[发明专利]一种高强度MXene纤维的制备方法

说明书

本发明涉及一种高强度MXene纤维的制备方法，包括：将MAX Ti₃C₂Al刻蚀，洗涤至中性，然后第一次离心去沉淀，将得到的上层分散液第二次离心，将得到的沉淀物加入或不加入超纯水，得到MXene纺丝浆料；然后注入到壳聚糖溶液的凝固浴中，将得到的MXene纤维置于氢碘酸溶液中浸泡，洗涤后烘干。该方法简单，适用于连续规模化制备，得到的MXene纤维具有较高的强度和较好的电导率。

技术领域

本发明属于MXene纤维的制备领域，特别涉及一种高强度MXene纤维的制备方法。

背景技术

MXene作为二维材料家族的新成员，自从2011年问世以来，已经被广泛应用于储能、传感、热电等诸多领域。MXene的组成可以表示为M_n+1X_nT_x，其中M代表过度金属，通常为钛Ti、钒V、铬Cr以及钼Mo等。X通常为碳C或者是氮N，而T_x则代表了材料表面的终端基团，例如-O，-OH或者是-F。在众多MXene中，碳化钛Ti₃C₂是最早被制备出来的，研究也最为广泛。碳化钛纳米片具有极好的力学性能，优异的金属导电性，并且表面亲水，所以引起了广大研究者的研究兴趣。纳米级MXene固然性能优异，但纳米材料的操作不便，导致MXene纳米片的应用领域相对狭隘，因此将MXene纳米片进行宏观组装是MXene应用的重要方向。

另一方面，在柔性电子和可穿戴等领域，纤维作为纳米材料的一维的宏观组装体，相比于二维薄膜和三维凝胶，具有更好的柔性和可编织性能，能够更容易整合到柔性器件中。从2000年碳纳米管纤维首次成功制备，到2011年纯石墨烯纤维出现，再到最近MXene纤维的问世，基于无机导电纤维材料的研究在不断发展。近期，美国的YuryGogotsi(ACSCentral Science,2020,54-265.)和韩国的TaeHeeHan(Nature Communications,2020,11,1-7.)等人均将MXene形成液晶，通过湿法纺丝技术制备了纯MXene纤维，但其拉伸强度最高仅为70MPa，远低于碳纳米管纤维和石墨烯纤维，在实际应用过程中很容易发生断裂。因此如何提高MXene纤维的强度是其应用过程中需要解决的重要问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高强度MXene纤维的制备方法，以克服现有技术中MXene纤维强度较低的缺陷。

本发明提供一种高强度MXene纤维的制备方法，包括：

(1)将MAX Ti₃C₂Al置于刻蚀剂中刻蚀，洗涤至中性，然后第一次离心去沉淀(离心目的是去除未被刻蚀的MAX Ti₃C₂Al)，将得到的上层分散液第二次离心，将得到的沉淀物加入或不加入超纯水，得到MXene纺丝浆料；

(2)将步骤(1)中MXene纺丝浆料注入到壳聚糖溶液的凝固浴中，将得到的MXene纤维置于氢碘酸溶液中浸泡，洗涤后烘干，得到高强度MXene纤维。

所述步骤(1)中MAX Ti₃C₂Al与刻蚀剂的比例为1g:15mL～1g:30mL。

所述步骤(1)中刻蚀剂为氟化锂的盐酸溶液。

所述步骤(1)中第一次离心速度为3500rpm～4500rpm，第一次离心时间为5～10min。

所述步骤(1)中第二次离心速度为7000～10000rpm，第二次离心时间为1～2h。

所述步骤(2)中MXene纺丝浆料的浓度为25～50mg/mL。

所述步骤(2)中注入是通过注射器。