研究人员通过了多种方式来增强层间相互作用和去除空隙，以提高MXene薄膜的性能。MXene层间连接可通过化学交联来改善，如氢、离子和共价键。例如，将聚乙烯醇插入MXene中间层中，通过氢键增强薄膜的拉伸强度；相邻MXene薄片则通过离子键合来强化MXene薄膜；通过共价键合构建了坚固稳定的MXene聚多巴胺薄膜；共价键和氢键结合使用，能有效提高MXene薄膜的拉伸强度和韧性；此外，小MXene薄片和离子的嵌入可以使MXene薄膜致密化，提高其抗拉强度和电导率。尽管在组装高性能MXene薄膜方面取得了进展，但所实现的性能远低于单层MXene薄片的性能。部分原因是干燥过程中毛细管收缩导致MXene薄片错位。此外，这些组装策略大多处于实验室规模的研究水平，难以实现MXene薄膜的大规模生产，限制了其商业化应用。因此，大规模制造高性能MXene薄膜仍然是一个挑战。
近日，北京航空航天大学程群峰教授&北京大学邓旭亮教授通过将卷对卷辅助刀片涂层（RBC）与顺序桥接相结合，提出了一种制造高性能MXene薄膜的可扩展策略，这些薄膜在近红外照射下展现出良好的光热转换和成骨效率。MXene薄片首先通过氢键与丝胶蛋白桥接，然后通过连续的RBC工艺组装成宏观薄膜，随后通过离子桥接来固定其排列结构。得到的MXene薄膜具有强的层间相互作用，高度有序和致密化，表现出高抗拉强度（755MPa）、韧性（17.4MJ·m-3）和电磁干扰（EMI）屏蔽能力（78000dB·cm2·g-1），以及良好的环境稳定性、光热转换和骨再生性能。这一策略不仅为MXene在柔性EMI屏蔽材料和骨组织工程领域中的实际应用提供了实际可行的路径，也为其他二维薄片的高性能和可扩展组装开辟了新途径。
相关研究工作以“Scalable ultrastrong MXene films with superior osteogenesis”为题发表在国际顶级期刊《Nature》上。
图2. S-MXene和S-SBM薄膜的结构表征和机械和电气性能
总之，这项研究提出了一种创新型的可扩展策略，通过连续RBC结合氢键和离子键的顺序桥接，制备了具有强层间相互作用的高度排列和致密的MXene薄膜。所得的大规模MXene薄膜展现出高抗拉强度、韧性、导电性、EMI屏蔽能力和抗氧化性、应力松弛性和循环机械变形性，以及在近红外辐射下还具有良好的光热转换和成骨效率，在航空航天、柔性可穿戴设备和临床骨修复等多个领域具有巨大的实际应用潜力。这一策略不仅为高性能MXene的应用铺平了道路，也为其他二维薄片大规模组装成宏观高性能材料提供了新的思路。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-024-08067-8
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