近日，中国科学技术大学程群峰教授团队与周天柱特任研究员团队联合新加坡南洋理工大学魏磊教授团队，在国际权威期刊《自然·通讯》上发表了关于超强MXene复合纤维的研究成果。
研究团队不仅成功解决了MXene材料在纤维化过程中的根本性技术难题，更实现了该复合纤维的连续化、公里级制备，为新一代智能电子织物的产业化铺平了道路。
01 材料革新
二维MXene材料，特别是Ti₃C₂Tₓ纳米片，被视为材料科学领域的新星。它同时具备卓越的力学性能和极高的电导率，理论上能为制造高性能复合纤维提供近乎完美的基元材料。
这种材料的独特之处在于其层状结构和丰富的表面化学官能团，使其在能量存储、电磁屏蔽、传感等领域展现出巨大潜力。MXene的本质性能优势使其成为开发下一代智能纺织品的理想候选材料。
在理想状态下，由MXene纳米片组装而成的宏观纤维应继承其纳米级别的优异特性，实现强度与导电性的完美结合。然而，从纳米片到宏观纤维的跨越之路却布满荆棘。
02 核心挑战
将MXene纳米片组装成高性能宏观纤维面临着一个根本性矛盾：MXene纳米片在湿法纺丝过程中，由于弱界面相互作用和不可避免的毛细收缩效应，会自发形成大量的横向褶皱。
这些褶皱如同建筑材料间的缝隙，会在纤维内部产生大量孔隙和结构缺陷。传统的界面增强和湿法剪切力调控手段只能治标，无法从根源上消除这些褶皱结构。
最终结果是，宏观纤维的力学强度和电导率远未达到MXene纳米片的本征水平，材料的巨大潜力被结构缺陷所掩埋。如何实现MXene纳米片的致密、有序组装，成为全球研究者亟待攻克的技术壁垒。
03 技术突破
面对这一挑战，研究团队创新性地提出了“静态-动态两步致密化”策略，从根本原理上重构了MXene复合纤维的制备工艺。
在静态致密化阶段，团队引入短尺寸的一维羧基化多壁碳纳米管作为“微榫”，精准填充MXene纳米片间因褶皱产生的空隙。碳纳米管通过与MXene形成氢键网络，在纳米尺度上加固了片层间的连接。
随后进入动态致密化阶段，团队采用精密的热拉伸技术，对纤维施加动态应力。这一过程如同高明的锻造工艺，进一步压缩内部孔隙，促使MXene纳米片沿纤维轴向高度定向排列。
研究团队还为纤维设计了聚乳酸保护层，最终成功实现了这种超强复合纤维的连续化制备，制备长度达到公里级，标志着该技术已具备产业化生产的基本条件。
04 性能卓越
经测试，这种采用新策略制备的MXene复合纤维展现出令人瞩目的性能数据：拉伸强度达到约1GPa，韧性高达147.9 MJ/m³。
其内部电导率更是创下纪录，高达12836.4 S/cm，这一数值在同类材料中处于领先地位。这意味着纤维既强韧又导电，完美结合了两种通常难以兼得的优异特性。
与以往研究中MXene纤维性能大幅衰减的情况不同，此次制备的复合纤维几乎完全发挥了MXene纳米片的本征性能，实现了从纳米优势到宏观性能的近乎无损传递。
05 应用广泛
基于这种超强MXene复合纤维编织而成的智能电子织物，开启了一系列前所未有的应用场景。
在医疗健康领域，织物能够实现远距离、无电池的无线健康监测，实时追踪穿着者的心电、肌电等生理信号，且无需外接电源，极大提升了穿戴舒适度和便利性。
更令人惊叹的是，这种智能织物还能实现人体耦合发光和交互远程无人机操控。穿着者可以通过简单的手势或身体运动，远距离控制无人机飞行，或通过织物本身进行辅助通信。
在实际测试中，这些智能织物展现出优异的机械耐久性和环境稳定性，即使在反复弯曲、拉伸和洗涤后，仍能保持稳定的性能表现，解决了可穿戴电子设备长期面临的耐用性问题。
这项突破的意义远不止于实验室中的性能数据。研究团队与新加坡南洋理工大学的国际合作模式，展现了全球科研力量协同攻关的前景。
从单根纤维到整匹智能织物，从厘米级样品到公里级连续制备，中国科大团队的成功标志着我国在智能材料领域已从跟跑转向并跑甚至在部分方向实现领跑。
当智能织物不再需要外接笨重电源，当人机交互变得如同穿衣般自然，这一卷公里级的超强纤维，正织就着一个更加智能、互联的未来。
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