文献快讯：Adv. Mater. 可扩展PAN-MXene复合纤维实现热管理、能量收集与传感集成

【成果掠影 & 研究背景】

随着柔性可穿戴电子设备的快速发展，对兼具高效热管理、能量收集与传感功能的集成化材料需求日益迫切。传统方法往往需要将多个独立功能的组件组装在一起，导致系统笨重、复杂且缺乏柔性。针对这一挑战，波兰克拉科夫大的研究团队在《Advanced Materials》上发表研究成果，提出了一种基于可扩展静电纺丝技术制备的多功能聚丙烯腈（PAN）-MXene复合纳米纤维与纱线。该工作利用Ti₃C₂Tₓ MXene纳米片的多功能特性，成功将多项性能集成于单一纤维材料中。研究显示，MXene的加入显著提升了材料的热传导能力，使复合纱线的表面温度比纯PAN纱线高出约22°C；同时，材料表现出优异的光热转换性能，在红外照射下可快速升温至60.3°C。在能量收集方面，MXene增强了材料的摩擦负电特性，将纱线的摩擦电输出功率提升了约25%，最高功率密度达到432.7 mW m⁻²。此外，基于该复合纱线构建的触觉传感阵列能检测低至0.1 N的力。这项工作为开发轻质、柔性且能量自主的下一代电子纺织品提供了高效的平台。

【创新点 & 图文摘要】

创新点：

1. 材料设计创新：选用Ti₃C₂Tₓ MXene作为核心多功能填料，其本身兼具高导热性、优异光热转换能力及可调控的表面电势，实现了通过单一填料同时赋予聚合物基质多种性能，简化了复合材料的设计与制备。

2. 工艺与可扩展性创新：采用一步静电纺丝法直接制备复合纳米纤维及纱线，工艺简单、可扩展，克服了传统层叠、真空过滤等复杂方法难以大规模生产的瓶颈，为电子纺织品的实际应用奠定了基础。

3. 多尺度结构与性能关联：系统研究了从纳米纤维（扫描热显微镜表征）到宏观纱线（红外热成像表征）的热传导性能，明确了MXene在构建跨尺度的连续导热通路中的关键作用，并从结构上阐释了纱线紧密交织结构对提升面内热传导的贡献。

4. 摩擦电机理与性能提升：通过开尔文探针力显微镜证实MXene的加入显著降低了PAN纤维的表面电势（从-288.7 mV降至-359.4 mV），增强了其摩擦负电性，并从界面电子转移和氢键作用角度解释了机理，从而直接带来了摩擦电输出功率25%的提升。

5. 集成化应用演示：不仅测试了单项性能，还将复合纱线成功集成到功能性器件中，如构建了3x3像素的触觉传感阵列，实现了触摸位置的实时空间映射与识别，并演示了其在人机交互界面中的应用潜力，展示了从材料到系统的完整链条。

Figure 1: 本研究核心概念示意图。

Figure 2: 静电纺丝纤维的形貌与化学组成表征。

Figure 3: 纳米纤维的力学性能与热分析。

Figure 4: 纳米纤维的热传导性能。

Figure 5: 纳米纤维的表面电势与能量收集性能。

Figure 6: 纱线在触觉传感中的应用。

【总结 & 原文链接】

综上所述，本研究通过一种简便、可扩展的静电纺丝策略，成功制备了多功能PAN-MXene复合纳米纤维与纱线。该材料体系巧妙利用了MXene的固有特性，在同一结构中融合了增强的热传导、高效的光热转换、提升的摩擦电能量收集以及可靠的力传感能力。这项工作不仅为解决可穿戴电子设备中热管理、供能与传感集成化的挑战提供了创新性材料解决方案，也展示了静电纺丝技术在制备高性能、多功能电子织物方面的巨大潜力，为下一代柔性电子和智能纺织品的发展开辟了新的道路。

原文链接: https://doi.org/10.1002/adma.202522098

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