高導電的MXene纖維可用于可穿戴應變傳感織物

MXene是一個二維納米材料的大家族，具有高電導率（≈104S/cm）、高比表面積（≈106）和杰出的機械性能（楊氏模量≈330 GPa）。同時，其表面具有豐富的官能團，適用于制備多功能聚合物復合材料。據報道，美國德雷塞爾大學教授Yury Gogotsi、Shayan Seyedin 博士和澳大利亞迪肯大學教授Joselito M.Razal 等研發出一種基于Ti3C2TxMXene/聚氨酯（PU）的復合纖維及同軸纖維，具有可編織性、高導電性和可拉伸性能，實現了MXene基纖維和織物在應變傳感器上的應用。

研究人員采用溶劑置換法將MXene和PU 分散在DMSO 中，進行濕法紡絲，探究了不同含量的MXene 及不同凝固浴對纖維成形的影響。研究發現，IPA 可以實現低MXene 含量（28.6 wt%）下的紡絲，但是在高MXene含量下纖維容易斷。然而，將乙酸（AcOH）代替IPA 可以實現MXene 含量在0～100wt%范圍內的紡絲。研究發現，所制備的纖維具有很好的應變傳感性能，拉伸誘導變化是其應變傳感的主要原因，MXene 的高電導率使得MXene/PU 復合纖維的傳感范圍可達到152%。

此外，通過工業級的針織機將MXene/PU 復合纖維經過緯編機織成織物，觀察發現，針織四股紗線比單纖維編織的織物有更均勻且密集的線圈，這可能是由于單纖維的直徑相對較小（≈115μm）以及用于針織的針距小（15G）。用四股纖維編織的織物進行應變傳感性能測試，織物的電阻在拉伸時降低，在釋放時增加，導致GF 為負，而不同纖維的傳感行為與GFs 為正相。這是由于針織物在拉伸時互鎖纖維之間的接觸電阻降低，導致的織物傳感器的電阻響應降低。并且，通過測量每個循環拉伸（ΔRL/R0）和釋放（ΔRU/R0）的ΔR/R0，觀察到其差異隨著施加的應變而增加，表明傳感器能夠區分不同程度的拉伸。在200%拉伸應變下GF 達到-7.5，顯著高于之前報道的針織物傳感器的靈敏度值（-1）。