近日，学院顾军渭教授团队张雅莉副教授在Advanced Functional Materials期刊在线发表题为《Mineralized Collagen-Inspired Strong and Stiff MXene Fibers Enabled by Multiscale Interfacial Reconstruction》的研究论文。

Ti₃C₂T_x MXene兼具优异导电性、良好力学性能和丰富表面官能团，是构筑高性能多功能纤维的理想构筑单元。然而，湿法组装过程中MXene片层间接触不连续、界面作用较弱，导致其优异的本征性能在宏观纤维中难以充分发挥。受矿化胶原多级协同承载结构的启发，本研究提出了一种多尺度界面重构策略，用于连续湿法纺丝制备高性能MXene纤维。通过Zn²⁺介导组装与牵伸，大尺寸和小尺寸MXene片层与细菌纤维素（BC）纳米纤维协同构筑异质界面与同质界面，将原本薄弱且不连续的片层接触转变为稳定的载荷传递结构。其中，小尺寸MXene片层形成分布式连接，促进应力在多个接触区域间传递与分散；BC纳米纤维则提供持续约束，限制变形过程中的片层位移。所得纤维的杨氏模量和抗拉强度分别达到54.2 GPa和506.3 MPa。此外，该界面重构赋予了纤维高电导率（2827.7 S/cm）、优异的单位厚度电磁干扰屏蔽效能（435 dB/mm）以及优异的低应变传感灵敏度（灵敏因子为140.7）。本研究为二维纳米片组装体实现稳定载荷传递和优异多功能性能提供了一种可规模化的界面调控策略。

学院2022级博士研究生周宇霄为本文的第一作者，张雅莉副教授为本文的通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、陕西省科技创新团队、博士后创新人才支持计划项目等基金项目的资助支持。

论文信息：

Yuxiao Zhou, Yali Zhang*, Yuheng Pang, Dongxu Geng, Junwei Gu. Mineralized Collagen-Inspired Strong and Stiff MXene Fibers Enabled by Multiscale Interfacial Reconstruction. Advanced Functional Materials, 2026, DOI: 10.1002/adfm.78829.

论文链接：

http://doi.org/10.1002/adfm.78829

图文简介：

图1 S-MXene/BC/L-MXene纤维的设计、制备与表征。（a）矿化胶原组装示意图；（b）纤维仿生构筑示意图；（c）纤维照片；（d）打结纤维SEM照片；（e-j）纤维SEM和HR-TEM照片；（k）力学性能对比。

图2 S-MXene/BC/L-MXene纤维的结构与界面表征。（a-c）纤维局部FIB截面形貌；（d）孔隙率；（e-g）FT-IR及XPS谱图；（h）不同界面的Q值；（i、j）MXene–Zn–MXene和MXene–Zn–BC界面的IGMH散点图及等值面图。

图3 S-MXene/BC/L-MXene纤维的力学性能与断裂机制。（a）应力-应变曲线；（b）杨氏模量和抗拉强度；（c-e）循环曲线；（f）应力保持率；（g、g’、h、h’）断面SEM照片；（i）断裂机制示意图；（j-j”）应力分布有限元模拟。

图4 S-MXene/BC/L-MXene纤维的电导率与电磁屏蔽性能。（a）电导率；（b）电势分布有限元模拟；（c）SE_T；（d）抗拉强度和SE/t对比；（e）R、A和T；（f）电磁屏蔽机理示意图；（g-i）95%相对湿度下的老化稳定性。

图5 S-MXene/BC/L-MXene纤维的应变传感性能。（a）相对电阻变化；（b）GF对比；（c）响应与恢复时间；（d）微应变响应；（e）循环稳定性；（f-h）触觉响应。

图文/周宇霄

审核/陈凯杰