MXene水凝胶及相关衍生材料探究

由于水凝胶在人机界面^[1]，传感器^[2]和柔性储能^[3]等方面的应用潜力，近来引起了极大的兴趣。得益于MXene其亲水性^[4,5]，金属导电性，高长宽比形态和广泛可调节特性^[6]，当将二维过渡金属碳化物/氮化物（MXene）掺入水凝胶体系中时，它们提供了可调整的应用特性。 MXene水凝胶的特性受凝胶结构和凝胶化机制支配，这需要在纳米级进行深入的研究和工程设计。

在不同的基于MXene的水凝胶及其衍生物的基本形成机理中，MXene在胶凝过程中可以扮演多种角色，从自胶凝剂到引发剂，从交联剂到不参与交联的纳米填料。MXenes的特性与水凝胶网络中其他元素之间的协同作用导致了许多先进的特性^[7,8]，包括增强的机械和电化学性能，改善的传感特性以及生物相容性。基于MXene的水凝胶及其衍生物已在能量存储/采集，生物医学，催化，电磁干扰屏蔽和传感等广泛应用中显示出惊人的性能。

通常，凝胶化学的重要属性是相互作用组分的微小变化很容易导致材料整体功能改变。在基于MXene的水凝胶中，胶凝过程动力学和热力学之间的复杂相互作用受三维网络各组成部分之间的各种分子间相互作用支配。^[9]对这些相互作用的深入了解对于开发具有特定应用的MXene水凝胶至关重要。在这方面，迫切需要系统化的表征（化学和物理）方案，以掌握基于MXene的凝胶的微观/宏观行为以及潜在的结构-性质关系。

原则上，类似于其他水凝胶，基于MXene的水凝胶的凝胶化包括共价和非共价交联。前者通常很坚固，并且大多数情况下是静态的，而后者则相对较弱，允许动态组装和分解。尽管个别的非共价相互作用可能不强，但大量的非共价相互作用可导致与共价相互作用相当甚至更大的稳固净相互作用。 MXene水凝胶中多尺度元素之间这种不同相互作用的结合为进一步的创新提供了充足的机会。通过精心设计，多功能MXene水凝胶有望用于可穿戴/可拉伸的应用，例如可以感知和刺激的人造皮肤，或者具有通用（例如应变，热，光和超声）响应性的水凝胶材料。

       目前，所有报道的MXene水凝胶和气凝胶主要基于Ti3C2Tx，考虑到大量碳化物和氮化物基MXene具有非常不同的特性，因此有很大的空间可进一步优化MXene基水凝胶以用于目标应用。要考虑的另一个重要方面是， MXene水凝胶的长期稳定性。因此MXene水凝胶及相关衍生材料值得研究人员进一步去探究。

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