高导电的MXene纤维可用于可穿戴应变传感织物

MXene是一个二维纳米材料的大家族，具有高电导率（≈104S/cm）、高比表面积（≈106）和杰出的机械性能（杨氏模量≈330 GPa）。同时，其表面具有丰富的官能团，适用于制备多功能聚合物复合材料。据报道，美国德雷塞尔大学教授Yury Gogotsi、Shayan Seyedin 博士和澳大利亚迪肯大学教授Joselito M.Razal 等研发出一种基于Ti3C2TxMXene/聚氨酯（PU）的复合纤维及同轴纤维，具有可编织性、高导电性和可拉伸性能，实现了MXene基纤维和织物在应变传感器上的应用。

研究人员采用溶剂置换法将MXene和PU 分散在DMSO 中，进行湿法纺丝，探究了不同含量的MXene 及不同凝固浴对纤维成形的影响。研究发现，IPA 可以实现低MXene 含量（28.6 wt%）下的纺丝，但是在高MXene含量下纤维容易断。然而，将乙酸（AcOH）代替IPA 可以实现MXene 含量在0～100wt%范围内的纺丝。研究发现，所制备的纤维具有很好的应变传感性能，拉伸诱导变化是其应变传感的主要原因，MXene 的高电导率使得MXene/PU 复合纤维的传感范围可达到152%。

此外，通过工业级的针织机将MXene/PU 复合纤维经过纬编机织成织物，观察发现，针织四股纱线比单纤维编织的织物有更均匀且密集的线圈，这可能是由于单纤维的直径相对较小（≈115μm）以及用于针织的针距小（15G）。用四股纤维编织的织物进行应变传感性能测试，织物的电阻在拉伸时降低，在释放时增加，导致GF 为负，而不同纤维的传感行为与GFs 为正相。这是由于针织物在拉伸时互锁纤维之间的接触电阻降低，导致的织物传感器的电阻响应降低。并且，通过测量每个循环拉伸（ΔRL/R0）和释放（ΔRU/R0）的ΔR/R0，观察到其差异随着施加的应变而增加，表明传感器能够区分不同程度的拉伸。在200%拉伸应变下GF 达到-7.5，显著高于之前报道的针织物传感器的灵敏度值（-1）。