芳纶@MXene同轴电磁屏蔽纤维：高强、高韧、耐极端环境

1. 采用同轴湿法纺丝法制备出超韧和高强的ANF@MXene核壳纤维。

虽然MXene材料同时具有高导电性能和亲水性，在多功能纤维和织物领域具有良好的应用前景，但是由于MXene纳米片的刚性和层间作用力不足，很难同时提升MXene纤维的导电性能和力学性能。为此，我们采用核壳湿法纺丝制备了高导电、超韧、高强和环境稳定性好的以MXene为核、芳纶纳米纤维(ANF)为壳的核壳纤维。纤维的高取向和低缺陷结构使得其具有48.1 MJ m⁻³的超韧性、502.9 MPa的高强度和3.0 x10⁵ S m⁻¹ 的高电导率。这种超韧且导电的ANF@MXene核壳纤维可以编织为织物，在213 μm厚度下的电磁屏蔽效能为83.4 dB。ANF外壳的保护作用还赋予了纤维在动态拉伸和弯折形变下令人满意的循环稳定性和耐酸、耐碱、耐海水和耐高低温性能。核壳纤维还具有优秀的抗氧化性能。多功能核壳纤维在电磁屏蔽织物、可穿戴电子器件和航空航天领域具有良好发展前景。

在保留MXene材料自身电导率前提下大幅提升MXene纤维的韧性和拉伸强度具有重要意义。如图1a,b所示，采用同轴湿法纺丝法，将ANF作为壳层纺丝液，MXene为核层纺丝液，在流体牵伸下制备出高取向、超韧、高强和高导电的ANF@M核壳纤维，其中氯化铵水相凝固浴中水对ANF的质子化作用，铵根离子对MXene的交联作用以及MXene与ANF间氢键作用有利于提高纤维的机械性能。利用小角X射线散射和广角X射线散射表征了纯MXene纤维和不同纺丝条件下的ANF@M纤维的取向性(图1c-e)，其中纯MXene纤维的牵伸比定为1.1，浓度为50 mg mL⁻¹。结果证明：在相同纺丝条件下，ANF@M纤维具有比纯MXene纤维更高的取向程度。ANF外壳相当于微流体纺丝中的限域管道，MXene纺丝液在ANF壳层的限域作用下定向排列能力更强，取向度更高。

II ANF@MXene核壳纤维的力学性能和断裂行为

III ANF@MXene核壳纤维的导电和电磁屏蔽性能

图3. (a) 不同纤维的电导率比较图；ANF@M纤维在(b)弹性阶段和(c)塑性阶段的循环拉伸曲线以及相应(d)电阻变化；(e)单根ANF@M纤维可支撑200 g砝码，在弯折状态下可以点亮LED灯；(f) MXene基纤维的导电性能和力学性能的比较；(g) 17-1.1-50M织物的EMI 效果随孔尺寸和织物厚度的变化图；(h)弯折5000圈后的EMI屏蔽曲线；(i)ANF@M织物EMI屏蔽机制。

IV ANF@MXene核壳纤维在极端环境条件下的稳定性

图4. ANF@MXene纤维的(a-c)抗氧化性能；(d)耐强酸、强碱；(e,f) 耐湿气；(g) 耐海水；(h)耐高低温和(i)不燃性。