二維碳化物和氮化物（稱為MXene）由于其優異的電學、熱學和光學性能，在水處理涂層中具有廣闊的應用前景。然而，將親水性的MXene納米片沉積在惰性或疏水性的聚合物表面需要等離子體處理或化學改性。本研究展示了一種通用的鹽輔助組裝方法，該方法能在各種聚合物上產生超薄、均勻的MXene涂層，且具有出色的機械穩定性和可洗滌性，包括用于極端溫度環境的高性能聚合物。TiCTx膠體懸浮液中的鹽減少了表面電荷，使靜電疏水化的MXene能夠沉積在聚合物上。本研究使用了一系列鹽來優化組裝動力學和涂層形貌。在°C的聚醚醚酮（PEEK）基板上，nm的MXene涂層可使輻射溫度降低約0°C，而在凱夫拉織物上的涂層則能在極端條件下（包括外太空和極地地區）提供舒適性。
 
       MXene作為一種新型的二維導電材料，在過去十年中迅速發展。研究表明，MXene納米片薄膜具有出色的熱性能，包括在中紅外光譜范圍內具有從非常低到非常高的廣泛發射率，以及面外方向上的低熱導率。因此，MXene納米片薄膜可以在亞微米厚度下提供熱屏蔽或絕緣，其重量遠小于傳統絕緣材料，并能在高溫下工作。結合其超薄厚度、單位面積可忽略不計的重量和高柔韌性，MXene涂層在可穿戴設備或航空航天應用中提供了前所未有的熱管理水平，其中低重量的熱保護至關重要。
 

說明
‌材料特性‌：
· Na-Ti?C?T?指鈉離子插層的MXene材料
· 132nm厚度對應約200個單層MXene納米片的堆疊

‌性能指標‌：
· 20,500 S·cm?¹的電導率接近塊體金屬水平
· 厚度偏差±40nm反映組裝過程的均勻性控制
‌應用展示‌：
圖c展示在PET、PC等6種聚合物基板的普適性
圖d證明該方法可擴展至300cm²的大面積基材
 

‌a‌ 0.01 mol·L?¹和3 mol·L?¹ NaCl溶液在Na-Ti?C?T?表面的接觸角（CA）測量（左：實驗結果；右：MD模擬結果）。比例尺：100 μm。
‌b‌ 分子動力學模型示意圖（紅色：O；藍色：Na?；綠色：Cl?；黃色：Ti；黑色：C；青色：PDMS）。
‌c‌ 純水和3 mol·L?¹ NaCl環境中，MXene-PDMS（第一次組裝）和MXene-MXene（第二次組裝）過程的系統勢能變化。誤差棒表示基于分子動力學模擬運行最后3/4時段能量輸出的標準差計算值。
‌d‌ MXene納米片在四種典型間隙距離下的雙電層（EDL）演化曲線，分別顯示3 mol·L?¹ NaCl溶液中水分子（上）、Na?離子（中）和Cl?離子（下）的摩爾密度分布。Z坐標以各間隙距離下納米片中心為原點。頂部面板中的MXene模型標示了用于評估納米片內部雙電層特性的界面位置。
說明
‌圖a接觸角分析‌：
實驗與模擬結果的對比驗證了鹽濃度對潤濕性的影響
3 mol·L?¹高鹽溶液導致接觸角顯著降低（約15°變化）
‌圖c勢能變化‌：
鹽環境使MXene-PDMS結合能降低約30%
第二次組裝勢壘降低證實鹽離子的屏蔽效應
‌圖d雙電層特性‌：
間隙距離從2nm到0.5nm的梯度分析
Na?在界面1nm處出現濃度峰值（達5.2 mol·L?¹）
 

圖3 | 陰陽離子對鹽輔助組裝的影響

說明

‌圖a離子選擇范圍‌：
覆蓋堿金屬（Na?、K?）、堿土金屬（Mg²?）及鹵素離子（Cl?、Br?）
通過元素周期表色塊標注可兼容離子（如Na?/K?區域標為綠色）
‌圖b涂層形貌‌：
實物照片顯示NaCl、KCl等鹽溶液所得涂層的均勻性差異
5mm比例尺表明樣品尺寸適用于宏觀性能測試
‌圖c-d性能數據‌：
厚度變化范圍：80-150 nm（與圖1的132±40 nm形成對比）
薄層電阻最低達15 Ω/sq（對應電導率約18,000 S/cm）
 
 

說明

創新點總結

1. 方法創新：通用鹽輔助組裝(SAA)技術

2. 機理創新：鹽誘導沉積的分子機制

3. 材料創新：高性能聚合物基板應用

4. 應用創新：新型熱管理解決方案

5. 工藝創新：規模化生產潛力