近期，中国科大苏州高研院仿生界面材料科学全国重点实验室程群峰教授课题组、周天柱特任研究员课题组与新加坡南洋理工大学魏磊教授团队合作在高强高韧智能MXene 复合纤维的研究中取得重要进展。该研究成果以“Ultrastrong MXene composite fibers through static-dynamic densification for wireless electronic textiles”为题发表在《Nature Communications》国际期刊上[Nat. Commun. 16, 10968 (2025)]。

图1. 静态填充-动态热拉诱导协同创制超强MXene复合纤维的示意图

基于纤维的智能电子织物在可穿戴领域如健康监测与管理、智能显示、人工智能集成等应用中至关重要。二维MXene（Ti3C2Tx）纳米片作为一种高力学高导电的二维材料，对于开发高性能纤维具有重要意义。然而，由于湿法纺丝过程中MXene 纳米片在横向方向上的松散组装，导致由于弱界面相互作用和毛细收缩的影响而形成横向褶皱，导致纤维内部产生更多的孔隙，从而损害其力学和电学性能，致使MXene 纳米片的内在机械和电学性能与宏观纤维的实际性能之间仍存在显著差距。因此，创制高强、高韧、智能复合MXene纤维材料，仍是当前面临的重要技术挑战。针对该问题，本研究提出利用短的一维羧基化多壁碳纳米管来静态填充由横向褶皱产生的空隙，并通过氢键连接 MXene纳米片。随后采用热拉伸技术进一步通过动态热拉伸应力减少空隙，从而创制出具有聚乳酸包覆层的超强MXene复合纤维，并成功连续化制备出达公里级复合纤维。得益于静态-动态致密化策略，致密化后的MXene复合纤维实现了超高的拉伸强度约~1 GPa和超高韧性约 147.9 MJ m-3，实现其内部创纪录电导率高达~12836.4 S cm-1。同时，由超强复合纤维制成的智能织物实现远距离、无电池的无线健康监测、人体耦合发光，以及交互远程无人机操控及辅助通信，并展现出优异的机械耐久性。该研究为设计高强高韧智能复合纤维及产业化提供了全新的思路。

图2. 人体耦合发光及智能织物无线控制

该工作得到中国科大苏州高等研究院和仿生界面材料科学全国重点实验室等平台的大力支持。该工作还得到了国家自然科学基金、科技部重点研发计划、苏州实验室开放课题基金、苏州市仿生界面科学重点实验室、科学探索奖、江苏省优秀青年基金等项目的资助。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-65931-5

（仿生界面材料科学全国重点实验室、纳米科学技术学院、科研部）