炭黑產業網據中國熱帶農業科學院網消息，天然橡膠是重要的工業彈性原料，其優異的綜合性能使其具有不可替代性，研發新型天然橡膠復合材料是延伸其應用領域、拓展其應用范圍的有效途徑。近期，中國熱科院加工所在新型天然橡膠復合材料領域連續取得重要進展。
一、高性能復合導電纖維
MXene具有極高的贗電容性能，是制備儲能纖維的優選材料。但是利用純MXene制備的纖維韌性差，很難滿足可編制的要求，限制了其大規模生產和應用。加工所科技人員通過在MXene纖維中引入CNTs(碳納米管)，利用界面調控和濕法紡絲技術，突破了高韌性MXene纖維制備技術，研制了高韌性、高強度、高導電的MXene/CNT復合纖維。優異的力學性能使其能夠編織成用于能源儲存的織物，擴展了MXene纖維作為高速率電極的應用，同時也為大規模濕法紡絲MXene纖維提供了新思路。該工作以“Carbon Nanotube Boosts the Toughness and Conductivity of Wet-Spun MXene Fibers for Fiber-Shaped Super capacitors”為題發表在Carbon上，加工所為第一單位，聯合培養碩士研究生趙旭和特聘專家張吉振博士為共同第一作者，陶金龍博士為通訊作者。
此外，柔性可穿戴器件、柔性機器人、智能織物等除了要求材料具有優異的導電性，還需具備良好的柔性。將導電填料引入到天然橡膠纖維中，是制備高彈性、高導電纖維材料的有效途徑之一。加工所科技人員通過優化配方、調整工藝，突破了超細天然橡膠纖維和高導電MXene/天然橡膠復合纖維制備技術，纖維直徑可小于200μm(一根頭發絲的平均直徑約70μm)，拉斷伸長率高達1200%，基于天然橡膠的連續超細多功能彈性纖維技術的攻破，為發展“綠色”超高彈性、可編織和可穿戴的纖維狀彈性電子元件提供了良好的基礎。
二、可書寫電子電路的MXene “墨水”
與傳統印刷方式相比，直接在物體表面利用圓珠筆書寫電路，提供了更多的個性化及可操作性。MXene是制備導電電路和電子柔性器件的理想原料之一，但是水溶性的MXene溶液因在室溫下容易被氧化而不能長期保存。針對上述問題，加工所科技人員通過溶劑復配策略，突破了室溫下可穩定保存的MXene油墨制備技術，研制了具有良好流動性和書寫能力的MXene油墨，并成功用商用圓珠筆在柔性基板上書寫電子電路，這種電路具有快速、準確的觸摸性和水位測量響應，表明在柔性電子技術領域存在潛在應用價值(圖4)。該工作以“Environmentally stable MXene ink for direct writing flexible electronics”為題發表在Nanoscale上，加工所為第一單位，孔娜博士為第一作者。
此外，加工所科技人員正在積極開展“基于天然橡膠/MXene的可印刷柔性復合導電墨水”關鍵技術研發。與含有機溶劑墨水相比，該復合導電墨水可充分發揮天然膠乳水溶液“綠色環保”的優勢，借助MXene表面豐富的官能團能與天然橡膠之間形成穩定的鍵合，構建天然橡膠分子與MXene導電填料“網絡互穿”的柔性印刷傳感器，實現天然橡膠在柔性功能材料領域的應用。
三、高導電多孔泡沫
構筑高功率密度且充放電速度快的儲能器件是發展便攜式電子設備的關鍵技術。MXene作為一種新型二維高導電材料，其超高電容、良好的機械強度在儲能器件設計方面展現出獨特的優勢。然而，受分子間范德華力的影響，導致活性表面降低，阻礙了電子的轉移。針對上述問題，加工所科研人員采用犧牲模板法成功制備出具有高度互連孔道的MXene泡沫，豐富的孔道結構有效地擴大了比表面積，為層間的電子移動提供了足夠多的有效位點，加快了電子轉移速率。當其作為電極材料時表現出遠高于MXene薄膜的電容，相較于已商用化的超級電容器，由MXene泡沫所制備的超級電容器表現出了遠高于傳統電容器的電化學性能，尤其是在功率和能量密度上實現了大的突破。此外，通過調控模板尺寸大小及其負載量，探究了孔徑數量和尺寸調控對MXene泡沫內部電子轉移的影響，揭示了模板尺寸對控制MXene基泡沫的孔徑和孔隙率的重要性，為高性能超級電容器的多孔電極設計提供了重要參考(圖5)。該工作以“Understanding the Effect of Pore Size on Electrochemical Capacitive Performance of MXene Foams”為題發表在Small上，聯合培養碩士研究生呂可和加工所張吉振博士為共同第一作者。
此外，加工所科技人員以天然橡膠泡沫和MXene為材料構筑了具有良好靈敏度和傳感區間的柔性壓力傳感器，該工作以“Constructing conductive titanium carbide nanosheet (MXene) network on natural rubber foam framework for flexible strain sensor”為題發表在J Mater Sci: Mater Electron上，加工所為第一單位，張吉振博士和陶金龍博士為共同通訊作者。
目前，加工所天然橡膠加工研究室已經在高性能特種天然橡膠原膠加工領域取得重大突破，該研究室新增設立新型天然橡膠復合材料方向，目的是進一步挖掘天然橡膠性能，拓展應用領域，為國防和高端民用工業的基礎彈性材料應用提供新的高質量技術儲備。
