科技日報記者 王祝華 實(shí)習(xí)生 曲怡臻?通訊員?謝翔

天然橡膠是重要的工業(yè)彈性原料，其優(yōu)異的綜合性能使其具有不可替代性，研發(fā)新型天然橡膠復(fù)合材料是延伸其應(yīng)用領(lǐng)域、拓展其應(yīng)用范圍的有效途徑。8月25日，記者從中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院獲悉，該院加工所在新型天然橡膠復(fù)合材料領(lǐng)域近期連續(xù)取得重要進(jìn)展。

高性能復(fù)合導(dǎo)電纖維技術(shù)取得突破

(相關(guān)資料圖)

MXene(邁科烯)具有極高的贗電容性能，是制備儲能纖維的優(yōu)選材料。但是利用純MXene制備的纖維韌性差，很難滿足可編制的要求，限制了其大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用。熱科院加工所科技人員通過在MXene纖維中引入CNTs（碳納米管），利用界面調(diào)控和濕法紡絲技術(shù)，突破了高韌性MXene纖維制備技術(shù)，研制了高韌性、高強(qiáng)度、高導(dǎo)電的MXene/CNT復(fù)合纖維。

研究成果以“碳納米管增強(qiáng)的高韌性、高導(dǎo)電MXene纖維狀超級電容器”為題發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊上。

(a)彩色連續(xù)超細(xì)橡膠纖維；(b)- (c) MXene/天然橡膠復(fù)合纖維及SEM圖；(d)將MXene/天然橡膠復(fù)合纖維編入織物中用于柔性傳感；(e) MXene/天然橡膠復(fù)合纖維導(dǎo)電性能 （受訪對象供圖）

在此基礎(chǔ)上，該研究團(tuán)隊(duì)通過優(yōu)化配方、調(diào)整工藝，突破了超細(xì)天然橡膠纖維和高導(dǎo)電MXene/天然橡膠復(fù)合纖維制備技術(shù)。如果以一根平均直徑約70μm的頭發(fā)絲為參照，此纖維直徑可小于200μm，拉斷伸長率高達(dá)1200%。

研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人陶金龍博士表示，基于天然橡膠的連續(xù)超細(xì)多功能彈性纖維技術(shù)的攻破，為發(fā)展“綠色”超高彈性、可編織和可穿戴的纖維狀彈性電子元件提供了良好的基礎(chǔ)。

研制可書寫電子電路的MXene“墨水”

MXene是制備導(dǎo)電電路和電子柔性器件的理想原料之一，但是水溶性的MXene溶液因在室溫下容易被氧化而不能長期保存。

針對上述問題，熱科院加工所科技人員通過溶劑復(fù)配策略，突破了室溫下可穩(wěn)定保存的MXene油墨制備技術(shù)，研制了具有良好流動性和書寫能力的MXene油墨，并成功用圓珠筆在柔性基板上書寫電子電路。這種電路具有快速、準(zhǔn)確的觸摸性，并可以與水位測量響應(yīng)。這表明其在柔性電子技術(shù)領(lǐng)域存在潛在應(yīng)用價值。

該研究以“可直接書寫柔性電子產(chǎn)品的環(huán)境穩(wěn)定MXene墨水”為題發(fā)表在納米科學(xué)技術(shù)研究學(xué)術(shù)期刊上。據(jù)悉，熱科院加工所研究人員正在抓緊推動成果轉(zhuǎn)化，開展“基于天然橡膠/MXene的可印刷柔性復(fù)合導(dǎo)電墨水”關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)。

論文第一作者孔娜博士表示，與含有機(jī)溶劑墨水相比，該復(fù)合導(dǎo)電墨水可充分發(fā)揮天然膠乳水溶液“綠色環(huán)保”的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)天然橡膠在柔性功能材料領(lǐng)域的應(yīng)用。

制備高導(dǎo)電多孔泡沫

構(gòu)筑高功率密度且充放電速度快的儲能器件是發(fā)展便攜式電子設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)。MXene作為新型二維高導(dǎo)電材料，其超高電容、良好的機(jī)械強(qiáng)度在儲能器件設(shè)計方面展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢。然而，受分子間范德華力的影響，導(dǎo)致活性表面降低，阻礙了電子的轉(zhuǎn)移。

針對上述問題，熱科院加工所研究人員采用犧牲模板法成功制備出具有高度互連孔道的MXene泡沫，豐富的孔道結(jié)構(gòu)有效地擴(kuò)大了比表面積，為層間的電子移動提供了足夠多的有效位點(diǎn)，加快了電子轉(zhuǎn)移速率。

張吉振博士介紹，相較于目前商用化的超級電容器，由MXene泡沫所制備的超級電容器表現(xiàn)出了遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)電容器的電化學(xué)性能，尤其是在功率和能量密度上實(shí)現(xiàn)了大的突破。

該研究成果以“解析孔徑尺寸對MXene泡沫電化學(xué)電容性能的影響”為題發(fā)表在納米材料領(lǐng)域國際學(xué)術(shù)期刊上。

此外，該研究團(tuán)隊(duì)以天然橡膠泡沫和MXene為材料構(gòu)筑了具有良好靈敏度和傳感區(qū)間的柔性應(yīng)變傳感器，該工作以“基于MXene納米片/天然橡膠的柔性應(yīng)變傳感器”為題發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊上。

中國熱科院負(fù)責(zé)人表示，熱科院加工所天然橡膠加工研究室已經(jīng)在高性能特種天然橡膠原膠加工領(lǐng)域取得重大突破，該研究室新增設(shè)立新型天然橡膠復(fù)合材料方向，目的是進(jìn)一步挖掘天然橡膠性能，拓展應(yīng)用領(lǐng)域，為國防和高端民用工業(yè)的基礎(chǔ)彈性材料應(yīng)用提供新的高質(zhì)量技術(shù)儲備。

關(guān)鍵詞： 重要進(jìn)展 復(fù)合材料 天然橡膠