MXene是比石墨烯還火的二維明星材料，身為先進(jìn)的MXene制造商，北科納米推出特惠活動，mxene等材料九折起，更多優(yōu)惠價(jià)格，等你來秒殺！

研究背景

近年來，智能紡織材料因其靈活、舒適、可多次洗滌等特點(diǎn)，以及在能量收集儲存轉(zhuǎn)化、智能傳感、人體監(jiān)測等多個領(lǐng)域的潛在應(yīng)用，引起了巨大的研究興趣。具有運(yùn)動監(jiān)測、人機(jī)交互、電磁干擾 (EMI) 屏蔽和醫(yī)療保健功能的電子產(chǎn)品，被認(rèn)為是下一代可穿戴電子產(chǎn)品的主要競爭者。然而，將新穎的功能與紡織基材固有的舒適性、滲透性和多孔性相結(jié)合仍然是一個挑戰(zhàn)。目前，已有石墨烯、碳納米管 (CNT)、氮化硼、金屬納米粒子、導(dǎo)電聚合物和其它活性納米結(jié)構(gòu)材料通過各種方法裝飾聚合物或生物基紡織品。盡管將納米結(jié)構(gòu)材料結(jié)合到紡織品中可以使其具有電熱或光熱活性，但機(jī)械變形（如清潔、刮擦和/或彎曲）會導(dǎo)致沉積的功能性材料剝落或破裂，從而影響織物的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，最終導(dǎo)致可穿戴智能紡織品的各種功能無法實(shí)現(xiàn)。此外，可穿戴電子產(chǎn)品的快速增長加劇了電磁輻射污染，構(gòu)成嚴(yán)重的健康風(fēng)險(xiǎn)。

為了解決這些問題，我們通過有機(jī)-無機(jī)雜化的方式，制備了用于生物防護(hù)、熱管理和電磁干擾屏蔽的纖維素基可穿戴智能紡織品。首先，為了給MXene納米片提供更多形成氫鍵的活性位點(diǎn)，將多巴胺(DA)原位聚合于纖維素纖維表面，同時(shí)通過多次浸漬的方式將MXene層組裝在纖維素基無紡布表面。隨后，在MXene層外原位聚合聚甲基丙烯酸縮水甘油酯（PGMA）層，這不僅降低了MXene的表面能，增加了PDA/MXenes/PGMA纖維素紡織品的疏水性，還使MXene免受氧化，同時(shí)為抗菌材料的共價(jià)接枝提供環(huán)氧基團(tuán)。所制備的透氣、疏水智能織物具有出色的抗菌性能以及優(yōu)異的電熱和光熱響應(yīng)性能。此外，智能紡織品在EMI屏蔽性能方面優(yōu)于先前報(bào)道的其他紡織纖維基屏蔽材料，這為個人防護(hù)、熱管理和醫(yī)療保健多功能紡織品的制備提供了新策略。

成果簡介

近日，南京林業(yè)大學(xué)鄧超博士和加拿大新不倫瑞克大學(xué)(University of New Brunswick)Huining Xiao教授等通過層層組裝有機(jī)-無機(jī)雜化方法，制備出具有出色抗菌活性、熱管理和電磁干擾(EMI)屏蔽性能的多功能纖維素基紡織品。將高導(dǎo)電性MXene修飾在聚多巴胺(PDA)改性的纖維素基無紡布上，然后原位聚合甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA)，生成的PGMA層不僅有利于抗菌材料的共價(jià)接枝，而且使MXene免受氧化。該智能紡織品具有優(yōu)異的抗菌性能（材料對E. coli?和S. aureus的抗菌效率均大于99.99%）、卓越的加熱性能（雙驅(qū)動能量轉(zhuǎn)換、快速熱響應(yīng)），以及出色的EMI屏蔽效率，同時(shí)仍保持無紡布的孔隙率和柔韌性。這種多功能可穿戴紡織品在生物防護(hù)、熱管理和EMI屏蔽方面的應(yīng)用極具前景，是未來智能服裝和醫(yī)療保健產(chǎn)品的理想選擇。

該成果被選為封底文章發(fā)表于國際頂級期刊?Journal of Materials Chemistry A?(影響因子14.511) 上，題目為：Air-permeable and flexible multifunctional cellulose-based textiles for bio-protection, thermal heating conversion, and electromagnetic interference shielding。

博士生喻照川和鄧超博士為本文第一作者。

圖文導(dǎo)讀

圖1. CNs-P@M-PG-NEO/PHGH材料的制備及其應(yīng)用示意圖。

圖2.?形態(tài)表征。(a)MXene(Ti3C2Tx)水分散體的丁達(dá)爾效應(yīng)。MXene納米片的(b)TEM和(c)AFM圖像。(d)CNs，(e)CNs-P，(f)CNs-P@M，(g)CNs-P@M-PG，(h)CNs-P@M-PG-NEO，(i)CNs-P@MPG-PHGH的SEM圖像。(j)CNs-P@M-PG-PHGH材料單根纖維的形貌和對應(yīng)的(k)EDS圖像。(l)分別用CNs和CNs-P@M-PG-PHGH覆蓋2個裝有HCl和NH4OH的玻璃瓶的光學(xué)照片。d-i中插圖分別為對應(yīng)的WCA光學(xué)照片。

圖3.?抗菌性能。不同接觸時(shí)間下，CNs，CNs-P，CNs-P@M，CNs-P@M-PG，CNs-P@M-PG-NEO和CNs-P@M-PG-PHGH對(a)E. coli?和(b)S. aureus?的抗菌效率。(c)CNs-P@M-PG-NEO和(d)CNs-P@M-PG-PHGH在不同濃度下的抗菌效率(反應(yīng)液中NEO/PHGH的質(zhì)量濃度分別為0.1，1，25，50，100 mg mL-1)。(e)CNs-P@M-PG-NEO和(f)CNs-P@M-PG-PHGH(50 mg mL-1)在多次洗滌后對E. coli?和S. aureus的抗菌效率。(g)CNs-P@M-PG-NEO和CNs-P@M-PG-PHGH處理前后E. coli?和S. aureus?的SEM圖像。(h)?CNs-P@M-PG-PHGH的抗菌機(jī)制。

圖4.?Ns-P@M-PG-PHGH材料的電熱和光熱性能。?(a)CNs-P@M-PG-PHGH的I-V曲線。(b)不同電壓下CNs-P@M-PG-PHGH(MXene含量：1.5 mg cm-2)隨時(shí)間變化的電加熱曲線。(c)不同變形狀態(tài)下CNs-P@M-PG-PHGH的紅外和光學(xué)圖像(輸入電壓: 4 V)。(d)CNs-P@M-PG-PHGH在1200 s內(nèi)的電熱穩(wěn)性(輸入電壓：4 V)。(e)不同時(shí)間電加熱水的紅外和光學(xué)圖像。(f)用模擬可見光源(濾光片: 350-780 nm)照射CNs-P@M-PG-PHGH的示意圖。?(g)不同角度光源(0°、30°和60°)照射下CNs-P@M-PG-PHGH溫度隨時(shí)間的變化曲線。(h)模擬光源(1.0 W cm-2)垂直(0°)照射不同時(shí)間間隔后CNs-P@M-PG-PHGH的紅外圖像。(i)不斷增大功率密度(0.50-1.25 W cm-2)時(shí)CNs-P@M-PG-PHGH的溫度曲線。(j)不同時(shí)間的太陽光照射CNs-P@M-PG-PHGH的紅外圖像(4月23日，中國南京)。(k)用模擬光源(0.75 W cm-2)照射CNs-P@M-PG-PHGH包覆的手臂和膝蓋的光學(xué)和紅外圖像。

圖5.?CNs-P@M-PG-PHGH材料的EMI屏蔽性能。不同MXene負(fù)載量的CNs-P@M-PG-PHGH在8.2-12.4 GHz頻率(X波段)下的(a)SET、(b)SER和(c)SEA。(d)不同MXene負(fù)載量的CNs-P@M-PG-PHGH在8.2-12.4 GHz頻率的平均SER、SEA和SET。(e)CNs-P@M-PG-PHGH的SEA與SET的比率。(f)具有不同MXene負(fù)載的CNs-P@M-PG-PHGH的功率系數(shù)。(g)CNs-P@M-PG-PHGH的EMI屏蔽機(jī)制。(h)CNs-P@M-PG-PHGH單位涂層厚度的EMI屏蔽效能(SET/t)與文獻(xiàn)報(bào)道的其他EMI屏蔽涂層織物的比較。

總結(jié)

在纖維素基無紡布表面原位聚合的PDA層，能夠通過氫鍵將MXene納米片牢固地固定在纖維表面，形成的MXene導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)通過 PGMA層與PHGH/NEO 抗菌材料共價(jià)連接?？烧{(diào)的導(dǎo)電性能和抗菌效率，以及被保留的織物柔韌性和多孔特性，賦予了智能紡織品出色的抗菌活性、卓越的加熱性能和EMI屏蔽效率，使其在生物防護(hù)、個人熱管理和智能醫(yī)療等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景