专栏名称: 高分子科技

高分子科技®做为全球高分子产业门户及创新平台“中国聚合物网www.polymer.cn”的新锐媒体，实时报道高分子科学前沿动态，关注和分享新材料、新工艺、新技术、新设备等一线科技创新设计、解决方案，促进产学研及市场一体化合作的共同发展。

上海交大颜徐州、张智涛团队 Sci. Adv.：可拉伸的[2]轮烷桥连MXene薄膜及其在电致发光器件中的应用

高分子科技 · 公众号 · 化学 · 2025-03-11 12:47

正文

点击上方 “ 蓝字 ” 一键订阅

碳化钛（ Ti ₃ C ₂ T _X ） MXene 作为一种极具前景的二维材料，凭借其卓越的导电性和机械性能，近年来备受关注。然而，片层间的弱相互作用限制了高性能宏观 MXene 薄膜的制备。尽管研究人员通过引入氢键、离子键和共价键等策略增强了 MXene 薄膜的力学性能，但在低添加剂含量（ < 5% ）下实现高伸长率仍是一大挑战。高伸长率是可拉伸电子器件的关键性能指标，使材料能在拉伸、扭转和剪切等复杂应变下保持稳定性能，而不会发生断裂或失效。

针对上述问题， 上海交通大学颜徐州和张智涛团队 合作提出了一种创新解决方案：利用 [2] 轮烷的分子内滑动特性，设计了一种可拉伸的 MXene 薄膜。通过机械互锁结构的分子内滑动释放隐藏链，延缓 MXene 片层间的滑脱，从而显著提升薄膜的力学性能（图 1A 和 B ）。优异的拉伸性和韧性使 MXene 薄膜适用于组装可拉伸和可图案化的交流电致发光（ ACEL ）器件（图 1C ），为 MXene 及其它二维材料在可拉伸电子器件中的应用开辟了新途径。

图 1. RBM 薄膜的结构设计、 [2] 轮烷增韧机理及 ACEL 器件组装示意图

研究团队通过应力 - 应变曲线对比了纯 MXene 薄膜（ MXene ）、七甘醇桥连的 MXene 薄膜（ HBM ）以及 [2] 轮烷桥连的 MXene 薄膜（ RBM ）的力学性能（图 2A 和 B ）。结果显示， [2] 轮烷的引入显著提高了 RBM 薄膜的整体力学性能，尤其断裂伸长率（ 20.0% ）和韧性（ 11.9 MJ/m ³ ）创下了低添加剂含量（ 5%） MXene 薄膜的性能记录（图 2G ）。此外， RBM 薄膜可在不同应变下持续拉伸（图 2C ），表现出优异的可拉伸性。通过扫描电镜观察并比较三种薄膜拉伸断裂后的横断面（图 2D - F ），发现 RBM 薄膜的层状结构最为致密，其次是 HBM 薄膜，而纯 MXene 薄膜的层状结构较为松散。值得注意的是，如果仅将 [2] 轮烷简单引入 MXene 薄膜而不进行交联（记为 MXene-[2]rotaxane-OH ），薄膜的力学性能提升有限（图 2H 和 I ），因为 [2] 轮烷的分子内滑动在薄膜拉伸过程中无法发挥作用。

图 2. RBM 薄膜与对照组的力学性能对比

研究团队进一步测试了 RBM 薄膜在拉伸过程中的电阻变化（图 3 A ）。结果显示， RBM 薄膜在 0% 至 15% 应变的 500 次循环拉伸中表现出稳定的导电性（图 3B ），证明了其在循环拉伸应变下的稳定性和可靠性。这一特性使 RBM 薄膜成为可拉伸电子器件的理想电极材料。基于 RBM 薄膜的优异性能，研究团队成功组装了可拉伸 ACEL 器件（图 3C ）。该器件由 RBM 薄膜电极、 PEDOT 电极和 ZnS:Cu/PDMS 发光层组成，能够在拉伸过程中保持均匀、明亮的蓝光发射（图 3D , top ）。 ACEL 器件无法承受超过 20% 的拉伸，这对应了 RBM 薄膜的断裂伸长率。此外，通过将 PEDOT 电极替换为 AgNWs 电极，研究团队还实现了 ACEL 器件的图案化设计，成功制备出 “SJTU” 、花朵、树木等图案（图 3 D , bottom ）。

图 3. RBM 薄膜作为可拉伸电极在 ACEL 器件中的应用

综上所述，该研究成果不仅为 MXene 薄膜的力学性能优化提供了新思路，还为其在可拉伸电子器件中的实际应用奠定了重要基础。未来，基于机械互锁结构构筑高性能薄膜材料的策略有望进一步拓展到其他二维材料体系，推动柔性电子、可穿戴设备和智能传感等领域的快速发展。

该工作以“ Stretchable [2]Rotaxane-Bridged MXene Films Applicable for Electroluminescent Devices ”为题发表于《 Science Advances 》。上海交通大学化学化工学院博士后 王春雨 和博士研究生 高博越 为该论文的共同第一作者，上海交通大学化学化工学院 颜徐州 和 张智涛 为该论文的通讯作者。该项工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、上海市自然科学基金、上海市教育发展基金会、上海市教委曙光计划、上海市科技创新行动计划和浙江大学上海高等研究院繁星科学基金的资助，特此感谢。

原文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adt8262

上海交大颜徐州、张智涛团队 Sci. Adv.：可拉伸的[2]轮烷桥连MXene薄膜及其在电致发光器件中的应用

正文

请到「今天看啥」查看全文