Tension-induced toughening and conductivity enhancement in sequentially bridged MXene fibers

材料科学 复合材料 电容 制作 纤维 韧性 桥接(联网) 电导率 导电体 表面张力 纳米技术 化学 物理化学 医学 计算机网络 替代医学 物理 电极 病理 量子力学 计算机科学
作者
Ken Aldren S. Usman,Jizhen Zhang,Christine Jurene O. Bacal,Si Qin,Pablo Mota‐Santiago,Peter A. Lynch,Minoo Naebe,Luke C. Henderson,Dylan Hegh,Joselito M. Razal
出处
期刊:2D materials [IOP Publishing]
卷期号:9 (4): 044003-044003 被引量:15
标识
DOI:10.1088/2053-1583/ac8c51
摘要

Abstract Ti 3 C 2 T x MXene is a promising active material for developing fiber-based devices due to its exceptional electrical conductivity and electrochemical capacitance. However, fabricating robust fibers with high MXene content remains challenging due to shortcomings such as low interfacial adhesion between sheets and shrinkage-induced sheet disorientation during processing, leading to diminished physical and electrochemical properties. Here, we demonstrate the fabrication of tough, conductive, and electrochemically active fibers through a sequential bridging strategy involving calcium cation (Ca 2+ ) infiltration of cellulose nanocrystal (CNC)-bridged MXene, cross-linked and dried under tension. The resulting fibers exhibited a record toughness of ∼2.05 MJ m −3 and retained high volumetric capacitance (∼985 F cm −3 ), attributed to the synergistic CNC bridging, Ca 2+ cross-linking, and tension application during fiber drying. These fibers also surpass the conductivity of their unaligned pristine MXene counterpart (∼8347 S cm −1 vs ∼5078 S cm −1 ), ascribed to the tension-induced improvement in MXene alignment within these fibers, mitigating the undesirable effects of inserting an insulating CNC bridge. We anticipate that improving the toughness and conductivity of sequentially bridged MXene fibers will pave the way for the production of robust multifunctional MXene fibers, allowing their use in practical high-performance applications like wearable electronics and energy storage devices.
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