[发明专利]一种MXene/海藻酸钠复合纤维的制备方法

说明书

一种MXene/海藻酸钠复合纤维的制备方法，本发明针对目前MXene纤维的制备方法中存在的低的MXene负载量、工艺设备复杂以及不能快速大量制备等问题。制备过程如下：将SA加入到MXene胶体溶液中，通过磁力搅拌得到MXene/SA复合溶液。再将无水CaCl₂加入到去离子水中，磁力搅拌至完全溶解，再向其中加入异丙醇，磁力搅拌至溶液无明显分层得到凝固浴；最后将MXene/SA复合溶液注入至甩丝设备，进行甩丝，同时利用凝固浴收集装置进行纤维的收集，清洗干燥后得到MXene/SA复合纤维。本发明中复合纤维表面具有明显的沟槽以及褶皱结构，这种结构有利于电荷的储存、转移以及电磁波的反射，在超级电容器、传感器以及电磁屏蔽领域有着广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于MXene纤维制备技术领域，具体涉及一种MXene/海藻酸钠复合纤维的制备方法。

背景技术

近年来，二维纳米材料家族新成员MXene因其独特结构以及优异的多功能性质引起了广泛关注。MXene是一种过渡金属碳化物或/和氮化物，其结构通式为M_n+1X_nT_x，其中M代表早期过渡金属(Ti，Zr…)，X代表碳和/或氮，T_x代表端基(例如-O，-OH，-F)，这类二维纳米材料具有高效电磁屏蔽材料所需的所有基本特性，包括轻质、大比表面积以及优异的导电性，除此之外，MXene表面的含氧基团使其拥有易加工特性，可以通过不同的制备工艺将其组装成宏观尺寸的纤维、膜和块体结构，因此被视为最具潜力的电磁屏蔽材料。在航空航天、国防等高新技术领域有着广泛的应用前景。

然而，MXene由于其横向尺寸较小和片层之间的弱相互作用使得将MXene直接加工成纤维具有挑战性。幸运的是，MXene的易溶液加工特性使其与其他材料组装成复合材料变得容易，进而有效的结合二者的优异性能，研究者已将具有含氧极性基团的聚合物和纳米材料引入MXene体系，组装成具有宏观高性能的MXene基复合材料，其中海藻酸钠(SA)由于其优异的综合性能引起了人们的广泛关注。SA是一种衍生自海藻的聚电解质，这种天然生物材料机械性能优异，且自然界中含量丰富，对环境无害。同时SA具有丰富的含氧官能团(-OH，-COO和-O)，可以与MXene的端基形成氢键，从而进一步提高复合材料界面力学性能。

值得注意的是，目前Mxene纤维的制备尚处于起步阶段，且主要制备方法包括传统的静电纺和湿纺，静电纺中通常需要高压条件，使用有毒溶剂以及MXene负载量较低，湿纺中MXene纤维生产效率较低，难以制备长连续纤维等问题。鲜有文献报道关于MXene/SA复合纤维方面的工作。目前这些纺丝方法均存在一些不足，如低的MXene负载量、使用有毒溶剂、工艺设备复杂以及不能快速大量制备等。

发明内容

本发明的目的是为了解决MXene纤维制备过程中存在加工成型困难、低MXene负载量、工艺设备复杂等问题，提供一种MXene/海藻酸钠复合纤维的制备方法，该方法使用性能优异的天然高分子海藻酸钠作为层间粘合剂，通过沉浸式甩丝法制备MXene/SA复合纤维。

本发明将具有一定粘度的纺丝原液经过高速旋转的喷丝头甩出，复合溶液射流接触到凝固浴，使纤维凝固并发生固化，进而通过后续处理即清洗干燥等步骤得到连续的MXene复合纤维。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种MXene/海藻酸钠复合纤维的制备方法，所述方法按照以下步骤进行：

步骤一、MXene/SA复合溶液的制备：采用原位氢氟酸刻蚀结合超声剥离的方式得到由MXene片层组成的胶体溶液，将海藻酸钠(SA)粉末加入到MXene胶体溶液中，在25-80℃下磁力搅拌1-48h，得到MXene/SA复合溶液；