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2D纳米片+纳米纤维,开发新型高性能复合材料

2022-11-24   易丝帮

导语

本期主要精选了6篇关于二维(2D)纳米片结合静电纺纳米纤维开发新型高性能复合材料的最新论文。主要介绍了其在传感器、抗菌织物、催化剂、电磁屏蔽材料等方面的研究进展,供大家了解学习。

 

1、电子科技大学苏元捷研究员等人Nat. Commun.( IF 17.694):基于Ti3C2Tx MXene界面锚定效应实现高性能压电复合材料


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➣挑战:聚偏氟乙烯复合材料的压电性由其晶相和自发极化决定,其中,β相是电活性最强的极性相,表现出优异的压电性、热释电性和铁电性。然而,压电复合材料中无机-有机界面处分子间相互作用与电畴排列的关联机制还未明晰。

 

➣方法:电子科技大学苏元捷研究员等人提出了一种基于Ti3C2Tx MXene锚定效应来操纵聚合物基质的全反式分子构型方法。

 

➣创新点1:结合相场模拟和分子动力学计算,从微观和介观两个尺度阐释并验证了Ti3C2Tx纳米片与铁电聚合物界面耦合增强协同机制,促进偶极子定向排列并增强聚合物-陶瓷复合材料的自发极化强度。

 

➣创新点2:将该压电复合纺丝薄膜集成到鞋垫中形成足部传感器网络,可全方位、零功耗地进行运动监测、步态识别与跖痛症早期筛查。为高性能可穿戴电子的开发提出了一个新方法。

https://doi.org/10.1038/s41467-022-32518-3

 

2、天津大学吴水林教授Adv. Funct. Mater. ( IF 19.924):还原氧化石墨烯改性Bi2Te3纳米片用于细菌感染伤口的快速光热电催化治疗


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➣挑战:光热治疗细菌感染具有用途广泛、环保和节能的特点,在光照射下通过产生热量或活性氧(ROS)来杀灭细菌。但是,热电材料的热电催化效率同时受到其电导率、塞贝克系数和热导率的限制。

 

➣方法:天津大学吴水林教授团队采用简便的溶剂热法,通过还原反应,在氧化石墨烯(GO)纳米片上原位生长Bi2Te3纳米片。基于rGO-Bi2Te3纳米片优异的催化杀菌性能,利用静电纺丝法设计了一种抗菌织物。

 

➣创新点1:还原氧化石墨烯提供的异质界面诱导声子散射效应,额外的载流子输运通道通过提高电导率、塞贝克系数和降低热导率,使热电性能提高2.13倍。

 

➣创新点2:通过静电纺丝工艺将rGO-Bi2Te3纳米片集成到PU纤维中形成纺丝膜。功能性电纺膜用于MRSA感染创面愈合,具有良好的消毒性能,加速组织修复,生物安全性可靠。

https://doi.org/10.1002/adfm.202210098

 

3、湖南大学刘承斌教授等人ACS Nano ( IF 18.027 ):静电纺丝结合水热法构建集成纳米片阵列的Janus纳米纤维,用于锌空气电池

 

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➣挑战:可充电锌空气电池(ZABs)等储能装置具有成本低、安全性高和理论能量密度高等优点。但ZABs在充放电循环过程中,阴极氧还原反应(ORR)和析氧反应(OER)的四电子过程动力学缓慢,增加了电化学反应的过电位,从而限制了ZABs的应用。

 

➣方法:湖南大学刘承斌教授等人利用静电纺丝技术结合水热法合成了具有 “Janus”结构的碳纳米纤维膜(Ni-SAs/HCNFs/Co-NAs)。

 

➣创新点1:该材料同时集合了具有OER活性的O、N配位的Ni单原子和具有ORR活性的Co3O4@Co1-xS纳米片阵列,两种活性组份分别集成在空心碳纳米纤维上的内壁和外壁。

 

➣创新点2:Co3O4@Co1-xS纳米片阵列是一类具有连续的不饱和配位的金属位点的纳米结构,是理想的ORR活性位点。

https://doi.org/10.1021/acsnano.2c06700

 

4、东华大学丁彬教授团队Nano Lett. ( IF 12.262 ):Gd2O3/Bi2O3 纳米纤维结合纳米片,构建超轻、超弹气凝胶


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➣挑战:x射线的广泛使用促使对有效和可穿戴屏蔽材料的需求激增。然而,目前用于屏蔽x射线的含铅材料通常体积庞大、坚硬且具有生物毒性,严重限制了它们在可穿戴场景中的应用。

 

➣方法:东华大学丁彬教授&斯阳研究员课题组受珍珠层的启发,将聚氨酯/Bi2O3纳米纤维(砖)和Gd2O3纳米片(砂浆)结合起来,报道了具有微拱工程砖/砂浆结构的超轻、超弹性和无毒x射线屏蔽纳米纤维气凝胶。

 

➣创新点1:微拱反射和Bi/Gd元素吸收对x射线的协同衰减效应显著提高了气凝胶的屏蔽效率,微拱/鲁棒纳米纤维网络赋予了材料超弹性。

 

➣创新点2:所得材料具有优异的x射线屏蔽效率(91-100%)、超低密度(52 mg cm-3)、800%可逆延伸率的大拉伸性能和高的水蒸气渗透性(8.8 kg m-2 day-1)。

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c03484

 

5、新疆大学张苏&北京化工大学宋怀河教授Carbon ( IF 11.307 ): 煤氧化制备的超薄碳纳米片可改善碳纳米纤维织物性能


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➣挑战:由于煤的分子结构高度交联,化学惰性高,制备煤基纳米材料通常需要复杂而苛刻的制备条件,阻碍了煤基纳米材料的大规模和可控制备。

 

➣方法:新疆大学张苏&北京化工大学宋怀河教授通过烟煤化学氧化制备了新型煤基超薄碳纳米片(UCNSs),产率高达 40.0 wt%。UCNSs 显示出 10-20 nm 的层状尺寸,主要由 63.5 at.% 碳、5.1 at.% 氮和 31.4 at.% 氧组成。

 

➣创新点1:适当的尺寸分布、丰富的官能团和高度共轭的核心使UCNSs对静电纺丝和炭化制备的碳纳米纤维显示出三官能增强的结构优点。

 

➣创新点2:由于具有较强的交联效应和形成完整的导电网络,嵌入UCNSs碳纤维纳米纤维织物的机械强度和导电性分别比不含UCNSs的碳纤维纳米纤维织物提高了32.6倍和1.5倍。

https://doi.org/10.1016/j.carbon.2022.09.022

 

6、江南大学刘天西教授团队Chem. Eng. J. ( IF 16.744 ):具有快速响应和无线通信功能的可穿戴纳米纤维触觉传感器


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➣挑战:柔性压阻式传感器因其设计简单、成本低、制造工艺简单而备受关注。但是,如何同时获得宽传感范围和高灵敏度仍然是一个关键的挑战。

 

➣方法:江南大学刘天西教授&黄云鹏副教授通过共静电纺 TPU/PAN/F127 (TPF) 纳米纤维和随后包裹单层 Ti3C2Tx 片,开发了一种混合纳米纤维触觉传感器。

 

➣创新点1:PAN 和 F127 的共混可以显著改善纤维均匀性以及纤维基体与 MXene 之间的界面相互作用,从而使高导电性 Ti3C2Tx稳定均匀地掺入。

 

➣创新点2:获得的柔性MXene/TPU/PAN/F127 (MTPF)纳米纤维膜具有互联的3D导电网络,作为皮肤上的触觉传感器,具有高灵敏度(0.2082 kPa-1)、宽工作范围(0-160 kPa)、快速响应/恢复时间(60 ms/120 ms)和长期耐用性(8000次循环)。在可穿戴无线传感器中,用于准确和实时地检测各种人类活动信号。

https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.138578

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