技術加持下，天然橡膠變身多種新材料

◎本報記者 王祝華 實 習 生 曲怡臻 通訊員 謝 翔

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，研發新型天然橡膠複合材料是延伸其應用領域、拓展其應用範圍的有效途徑。近日，科技日報記者從中國熱帶農業科學院（以下簡稱熱科院）獲悉，該院加工所天然橡膠加工研究室在新型天然橡膠複合材料領域連續取得重要進展。

研發高導電覆合纖維

邁科烯（MXene）具有極高的贗電容效能，是製備儲能纖維的優選材料。但是利用純MXene製備的纖維韌性差，很難滿足特殊材料可編制的要求，限制了其大規模生產和應用。熱科院加工所天然橡膠加工研究室科研團隊透過在MXene纖維中引入碳奈米管（CNTs），利用介面調控和溼法紡絲技術，突破了高韌性MXene纖維製備技術，研製出了高韌性、高強度、高導電的MXene/CNT複合纖維。

研究成果以“碳奈米管增強的高韌性、高導電MXene纖維狀超級電容器”為題發表在國際學術期刊《碳》上。

在此基礎上，該科研團隊透過最佳化配方、調整工藝，突破了超細天然橡膠纖維和高導電MXene/天然橡膠複合纖維製備技術。此纖維直徑小於200微米，比3根頭髮絲還細，拉斷伸長率高達1200%。

科研團隊負責人陶金龍博士表示，基於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。

造出可繪製電路的墨水

MXene是製備導電電路和電子柔性器件的理想材料之一，但是水溶性的MXene溶液因在室溫下容易被氧化而不能長期儲存。

針對上述問題，熱科院加工所天然橡膠加工研究室科研團隊透過溶劑復配策略，突破了室溫下可穩定儲存的MXene油墨製備技術，研製了具有良好流動性和書寫能力的MXene油墨，併成功用圓珠筆在柔性基板上繪製電路。這種電路具有快速、準確的觸控性，並可以與水位測量響應，在柔性電子技術領域存在潛在應用價值。

該研究以“可直接書寫柔性電子產品的環境穩定MXene墨水”為題發表在奈米科學技術研究學術期刊《奈米尺度》上。據悉，該科研團隊正在抓緊推動成果轉化，開展“基於天然橡膠/MXene的可印刷柔性複合導電墨水”關鍵技術研發。

論文第一作者孔娜博士表示，與含有機溶劑墨水相比，該複合導電墨水可充分發揮天然膠乳水溶液綠色環保的優勢，實現天然橡膠在柔性功能材料領域的應用。

製備高導電多孔泡沫

構築高功率密度且充放電速度快的儲能器件是發展行動式電子裝置的關鍵。MXene作為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，分子間活性降低，阻礙了電子的轉移。

針對上述問題，熱科院加工所天然橡膠加工研究室科研團隊採用犧牲模板法成功製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。

熱科院加工所張吉振博士介紹，相較於目前商用化的超級電容器，由MXene泡沫所製備的超級電容器表現出了遠高於傳統電容器的電化學效能，尤其是在功率和能量密度上實現了大的突破。

該研究成果以“解析孔徑尺寸對MXene泡沫電化學電容效能的影響”為題發表在奈米材料領域國際學術期刊《Small》上。此外，該科研團隊以天然橡膠泡沫和MXene為材料構築了具有良好靈敏度和感測區間的柔性應變感測器。

熱科院有關負責人表示，熱科院加工所天然橡膠加工研究室已經在高效能特種天然橡膠原膠加工領域取得重大突破，該研究室還新增設立了新型天然橡膠複合材料方向，目的是進一步挖掘天然橡膠效能，拓展其應用領域。

【編輯：王禹】

【來源：科技日報】

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