二維碳化物和氮化物（稱為MXene）由于其優(yōu)異的電學(xué)、熱學(xué)和光學(xué)性能，在水處理涂層中具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，將親水性的MXene納米片沉積在惰性或疏水性的聚合物表面需要等離子體處理或化學(xué)改性。本研究展示了一種通用的鹽輔助組裝方法，該方法能在各種聚合物上產(chǎn)生超薄、均勻的MXene涂層，且具有出色的機械穩(wěn)定性和可洗滌性，包括用于極端溫度環(huán)境的高性能聚合物。TiCTx膠體懸浮液中的鹽減少了表面電荷，使靜電疏水化的MXene能夠沉積在聚合物上。本研究使用了一系列鹽來優(yōu)化組裝動力學(xué)和涂層形貌。在°C的聚醚醚酮（PEEK）基板上，nm的MXene涂層可使輻射溫度降低約0°C，而在凱夫拉織物上的涂層則能在極端條件下（包括外太空和極地地區(qū)）提供舒適性。
 
       MXene作為一種新型的二維導(dǎo)電材料，在過去十年中迅速發(fā)展。研究表明，MXene納米片薄膜具有出色的熱性能，包括在中紅外光譜范圍內(nèi)具有從非常低到非常高的廣泛發(fā)射率，以及面外方向上的低熱導(dǎo)率。因此，MXene納米片薄膜可以在亞微米厚度下提供熱屏蔽或絕緣，其重量遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)絕緣材料，并能在高溫下工作。結(jié)合其超薄厚度、單位面積可忽略不計的重量和高柔韌性，MXene涂層在可穿戴設(shè)備或航空航天應(yīng)用中提供了前所未有的熱管理水平，其中低重量的熱保護(hù)至關(guān)重要。
 

說明
‌材料特性‌：
· Na-Ti?C?T?指鈉離子插層的MXene材料
· 132nm厚度對應(yīng)約200個單層MXene納米片的堆疊

‌性能指標(biāo)‌：
· 20,500 S·cm?¹的電導(dǎo)率接近塊體金屬水平
· 厚度偏差±40nm反映組裝過程的均勻性控制
‌應(yīng)用展示‌：
圖c展示在PET、PC等6種聚合物基板的普適性
圖d證明該方法可擴展至300cm²的大面積基材
 

‌a‌ 0.01 mol·L?¹和3 mol·L?¹ NaCl溶液在Na-Ti?C?T?表面的接觸角（CA）測量（左：實驗結(jié)果；右：MD模擬結(jié)果）。比例尺：100 μm。
‌b‌ 分子動力學(xué)模型示意圖（紅色：O；藍(lán)色：Na?；綠色：Cl?；黃色：Ti；黑色：C；青色：PDMS）。
‌c‌ 純水和3 mol·L?¹ NaCl環(huán)境中，MXene-PDMS（第一次組裝）和MXene-MXene（第二次組裝）過程的系統(tǒng)勢能變化。誤差棒表示基于分子動力學(xué)模擬運行最后3/4時段能量輸出的標(biāo)準(zhǔn)差計算值。
‌d‌ MXene納米片在四種典型間隙距離下的雙電層（EDL）演化曲線，分別顯示3 mol·L?¹ NaCl溶液中水分子（上）、Na?離子（中）和Cl?離子（下）的摩爾密度分布。Z坐標(biāo)以各間隙距離下納米片中心為原點。頂部面板中的MXene模型標(biāo)示了用于評估納米片內(nèi)部雙電層特性的界面位置。
說明
‌圖a接觸角分析‌：
實驗與模擬結(jié)果的對比驗證了鹽濃度對潤濕性的影響
3 mol·L?¹高鹽溶液導(dǎo)致接觸角顯著降低（約15°變化）
‌圖c勢能變化‌：
鹽環(huán)境使MXene-PDMS結(jié)合能降低約30%
第二次組裝勢壘降低證實鹽離子的屏蔽效應(yīng)
‌圖d雙電層特性‌：
間隙距離從2nm到0.5nm的梯度分析
Na?在界面1nm處出現(xiàn)濃度峰值（達(dá)5.2 mol·L?¹）
 

圖3 | 陰陽離子對鹽輔助組裝的影響

說明

‌圖a離子選擇范圍‌：
覆蓋堿金屬（Na?、K?）、堿土金屬（Mg²?）及鹵素離子（Cl?、Br?）
通過元素周期表色塊標(biāo)注可兼容離子（如Na?/K?區(qū)域標(biāo)為綠色）
‌圖b涂層形貌‌：
實物照片顯示NaCl、KCl等鹽溶液所得涂層的均勻性差異
5mm比例尺表明樣品尺寸適用于宏觀性能測試
‌圖c-d性能數(shù)據(jù)‌：
厚度變化范圍：80-150 nm（與圖1的132±40 nm形成對比）
薄層電阻最低達(dá)15 Ω/sq（對應(yīng)電導(dǎo)率約18,000 S/cm）
 
 

說明

創(chuàng)新點總結(jié)

1. 方法創(chuàng)新：通用鹽輔助組裝(SAA)技術(shù)

2. 機理創(chuàng)新：鹽誘導(dǎo)沉積的分子機制

3. 材料創(chuàng)新：高性能聚合物基板應(yīng)用

4. 應(yīng)用創(chuàng)新：新型熱管理解決方案

5. 工藝創(chuàng)新：規(guī)模化生產(chǎn)潛力