新型天然橡膠復合材料領域連續取得重要進展

科技日報記者 王祝華 實習生 曲怡臻 通訊員 謝翔

天然橡膠是重要的工業彈性原料，其優異的綜合性能使其具有不可替代性，研發新型天然橡膠復合材料是延伸其應用領域、拓展其應用范圍的有效途徑。8月25日，記者從中國熱帶農業科學院獲悉，該院加工所在新型天然橡膠復合材料領域近期連續取得重要進展。

高性能復合導電纖維技術取得突破

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

研究成果以“碳納米管增強的高韌性、高導電MXene纖維狀超級電容器”為題發表在國際學術期刊上。

在此基礎上，該研究團隊通過優化配方、調整工藝，突破了超細天然橡膠纖維和高導電MXene/天然橡膠復合纖維制備技術。如果以一根平均直徑約70μm的頭發絲為參照，此纖維直徑可小于200μm，拉斷伸長率高達1200%。

研究團隊負責人陶金龍博士表示，基于天然橡膠的連續超細多功能彈性纖維技術的攻破，為發展“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。

研制可書寫電子電路的MXene“墨水”

MXene是制備導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配策略，突破了室溫下可穩定保存的MXene油墨制備技術，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、準確的觸摸性，并可以與水位測量響應。這表明其在柔性電子技術領域存在潛在應用價值。

該研究以“可直接書寫柔性電子產品的環境穩定MXene墨水”為題發表在納米科學技術研究學術期刊上。據悉，熱科院加工所研究人員正在抓緊推動成果轉化，開展“基于天然橡膠/MXene的可印刷柔性復合導電墨水”關鍵技術研發。

論文第一作者孔娜博士表示，與含有機溶劑墨水相比，該復合導電墨水可充分發揮天然膠乳水溶液“綠色環保”的優勢，實現天然橡膠在柔性功能材料領域的應用。

制備高導電多孔泡沫

構筑高功率密度且充放電速度快的儲能器件是發展便攜式電子設備的關鍵技術。MXene作為新型二維高導電材料，其超高電容、良好的機械強度在儲能器件設計方面展現出獨特的優勢。然而，受分子間范德華力的影響，導致活性表面降低，阻礙了電子的轉移。

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，豐富的孔道結構有效地擴大了比表面積，為層間的電子移動提供了足夠多的有效位點，加快了電子轉移速率。

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出了遠高于傳統電容器的電化學性能，尤其是在功率和能量密度上實現了大的突破。

該研究成果以“解析孔徑尺寸對MXene泡沫電化學電容性能的影響”為題發表在納米材料領域國際學術期刊上。

此外，該研究團隊以天然橡膠泡沫和MXene為材料構筑了具有良好靈敏度和傳感區間的柔性應變傳感器，該工作以“基于MXene納米片/天然橡膠的柔性應變傳感器”為題發表在國際學術期刊上。