文獻快訊：Adv. Mater. 可擴展PAN-MXene復合纖維實現熱管理、能量收集與傳感集成

【成果掠影 & 研究背景】

隨著柔性可穿戴電子設備的快速發展，對兼具高效熱管理、能量收集與傳感功能的集成化材料需求日益迫切。傳統方法往往需要將多個獨立功能的組件組裝在一起，導致系統笨重、復雜且缺乏柔性。針對這一挑戰，波蘭克拉科夫大的研究團隊在《Advanced Materials》上發表研究成果，提出了一種基于可擴展靜電紡絲技術制備的多功能聚丙烯腈（PAN）-MXene復合納米纖維與紗線。該工作利用Ti?C?T? MXene納米片的多功能特性，成功將多項性能集成于單一纖維材料中。研究顯示，MXene的加入顯著提升了材料的熱傳導能力，使復合紗線的表面溫度比純PAN紗線高出約22°C；同時，材料表現出優異的光熱轉換性能，在紅外照射下可快速升溫至60.3°C。在能量收集方面，MXene增強了材料的摩擦負電特性，將紗線的摩擦電輸出功率提升了約25%，最高功率密度達到432.7 mW m?2。此外，基于該復合紗線構建的觸覺傳感陣列能檢測低至0.1 N的力。這項工作為開發輕質、柔性且能量自主的下一代電子紡織品提供了高效的平臺。

【創新點 & 圖文摘要】

創新點：

1. 材料設計創新：選用Ti?C?T? MXene作為核心多功能填料，其本身兼具高導熱性、優異光熱轉換能力及可調控的表面電勢，實現了通過單一填料同時賦予聚合物基質多種性能，簡化了復合材料的設計與制備。

2. 工藝與可擴展性創新：采用一步靜電紡絲法直接制備復合納米纖維及紗線，工藝簡單、可擴展，克服了傳統層疊、真空過濾等復雜方法難以大規模生產的瓶頸，為電子紡織品的實際應用奠定了基礎。

3. 多尺度結構與性能關聯：系統研究了從納米纖維（掃描熱顯微鏡表征）到宏觀紗線（紅外熱成像表征）的熱傳導性能，明確了MXene在構建跨尺度的連續導熱通路中的關鍵作用，并從結構上闡釋了紗線緊密交織結構對提升面內熱傳導的貢獻。

4. 摩擦電機理與性能提升：通過開爾文探針力顯微鏡證實MXene的加入顯著降低了PAN纖維的表面電勢（從-288.7 mV降至-359.4 mV），增強了其摩擦負電性，并從界面電子轉移和氫鍵作用角度解釋了機理，從而直接帶來了摩擦電輸出功率25%的提升。

5. 集成化應用演示：不僅測試了單項性能，還將復合紗線成功集成到功能性器件中，如構建了3x3像素的觸覺傳感陣列，實現了觸摸位置的實時空間映射與識別，并演示了其在人機交互界面中的應用潛力，展示了從材料到系統的完整鏈條。

Figure 1: 本研究核心概念示意圖。

Figure 2: 靜電紡絲纖維的形貌與化學組成表征。

Figure 3: 納米纖維的力學性能與熱分析。

Figure 4: 納米纖維的熱傳導性能。

Figure 5: 納米纖維的表面電勢與能量收集性能。

Figure 6: 紗線在觸覺傳感中的應用。

【總結 & 原文鏈接】

綜上所述，本研究通過一種簡便、可擴展的靜電紡絲策略，成功制備了多功能PAN-MXene復合納米纖維與紗線。該材料體系巧妙利用了MXene的固有特性，在同一結構中融合了增強的熱傳導、高效的光熱轉換、提升的摩擦電能量收集以及可靠的力傳感能力。這項工作不僅為解決可穿戴電子設備中熱管理、供能與傳感集成化的挑戰提供了創新性材料解決方案，也展示了靜電紡絲技術在制備高性能、多功能電子織物方面的巨大潛力，為下一代柔性電子和智能紡織品的發展開辟了新的道路。

原文鏈接: https://doi.org/10.1002/adma.202522098

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