通过蚀刻和分层MAX前驱体的方法制备得到稳定的MXene分散液。通过简单、可规模化的浸涂工艺，具有微米大小的孔结构和光滑孔壁表面的PI轻质多孔泡沫与MXene片复合，得到MXene@PI复合多孔材料。PI泡沫的亚胺环和MXene纳米片之间形成的强氢键相互作用等使得MXene能够均匀地粘附在PI骨架上，MXene薄片相互连接形成大量的导电网络，显著提高了多孔结构的导电性。化学交联处理进一步提高了C-MXene@PI复合泡沫的柔性，疏水性、防水性和抗氧化性等。通过SEM结果(图1)可以看到，与纯PI泡沫相比，C-MXene@PI泡沫具有相同微米大小且孔壁更粗糙的孔结构。C-MXene@PI复合泡沫具有在室温和极端温度(-196℃)下优异的力学柔韧性，优于其它高分子如聚氨酯基泡沫材料。
图1.
C-MXene@PI多孔复合材料的可规模化制造：(a) MXene片和(b) C-MXene@PI复合泡沫的制备过程示意图；(c) MXene的TEM(插图为电子衍射图像)和(d) AFM图像；(e, f) 大面积(~60×60
cm²)C
-MXene@PI多孔复合材料在卷曲前后的照片，显示了力学强度和柔性；C-MXene@PI多孔复合材料的(g) 微米大小的孔和(h) 孔壁的SEM图像，以及(i) Ti、C、O和N元素分布图。
图
2. C-MXene@PI复合泡沫：(a) 在室温下和(b) 浸泡在液氮(LN，‑196℃)中的超柔韧性展示；(c) 水接触角测试；(d) FTIR曲线；(e) 疏水性和防水性；(f) XRD图谱；(g) PI、 MXene@PI和C-MXene@PI复合泡沫的X波段EMISE；(h) MXene@PI和(i) C-MXene@PI复合泡沫在95% RH环境和60°C温度下储存不同天数后，(j) X波段EMI SE随时间的变化。
II
C-MXene@PI多孔复合材料的电磁屏蔽性能
由于高导电MXene片在PI骨架上的均匀包覆以及导电网络的形成，相较于纯PI泡沫，1.5 mm厚的C-MXene@PI复合泡沫在X波段的EMI SE从1.4 dB显著增加到60 dB。复合泡沫在95% RH、60℃的环境中储存6天后仍保持44.4 dB的高EMISE，展现出较好的抗氧化性和屏蔽性能稳定性。复合泡沫的电磁屏蔽性能可以通过改变MXene的浸涂层数和复合泡沫厚度实现有效调节。复合泡沫在28.7至48.7 mg/cm³的密度下表现出令人满意的X波段的EMI SE (22.5~62.5 dB)，获得了21,317 dB·cm²/g 的优异表面特定SE值。此外，多孔复合泡沫的屏蔽性能还表现出优异的抗机械变形稳定性。结合电磁屏蔽性能理论计算值进一步证明，C-MXene@PI复合泡沫的优异的电磁屏蔽性能来源于MXene、PI 泡沫骨架和多孔结构之间的协同作用。
图
3. (a) 具有不同浸涂层数的C-MXene@PI复合泡沫在X波段的EMISE；(b) 复合泡沫的密度和电导率与浸涂层数的关系；(c) 不同厚度的16L C-MXene@PI复合泡沫和(d) 弯曲1000次前后的10L和16L复合泡沫表现出良好的屏蔽性能稳定性；(e) 复合泡沫的电磁屏蔽性能(SE
T
、SE
A
和SE
R
)和SSE随样品密度的变化；(f) 实验测试EMI屏蔽性能(SE
T
、SE
A
和SE
R
)和理论计算值(Th-SE
T
、Th-SE
A
和Th-SE
R
)的比较；(g) 屏蔽机理示意图；(h) 屏蔽性能比较。
III
C-MXene@PI多孔复合材料的电热性能
C-MXene@PI复合泡沫具有的良好热稳定性和优异的导电性，使得柔性复合泡沫可在4、6、8、10 V直流电压作用下，在数十秒内表面温度分别达到34、53、84、114°C，表现出稳定、可逆的电热效应。此外，复合泡沫更高的Hp值(Hp = dT/dP) 以及热成像图表明其相比于商用的合金板加热器，具有更为优异的电热性能和更为均匀的热分布，在低电压下具有显著、稳定，且可快速重现的电热特性。低电压下的高效除冰试验进一步证明了C-MXene@PI复合材料作为多功能加热器件的巨大应用潜力。
图
4. C-MXene@PI复合泡沫的电热性能：(a) TGA曲线；(b) 复合泡沫在不同电压下的电热曲线; (c) 24 h电热寿命测试；复合泡沫和商用合金板的(d) 稳态温度-输入功率密度曲线和(e, f) 热成像图；电热防冰试验：(g) 无外加电压，(h) 外加电压为8 V。
IV
C-MXene@PI多孔复合材料的压阻传感性能
C-MXene@PI复合泡沫具有的高度坚韧性使其可以作为可穿戴传感器，用于检测人体运动。较高灵敏度的弯曲诱导拉伸变形证明了复合泡沫具有较高的传感灵敏度，弯曲角度越大，复合泡沫的相对电阻变化越大。即使样品的弯曲速度非常快，也能很好地检测和区分电阻的变化。同样地，复合泡沫对弯曲诱导压缩也产生了较高的传感灵敏度。根据复合泡沫传感器测量的电信号, 我们可以很容易的推断出在测试期间手指或手腕的运动情况，复合泡沫展现出良好的压阻传感性能。
图
5. 柔性复合泡沫的压阻传感性能：(a) C-MXene@PI复合泡沫的弯曲诱导拉伸和压缩模式；(b, c) 复合泡沫在不同弯曲角度诱导拉伸下的电阻变化；(d) 复合泡沫在不同弯曲角度诱导压缩下的电阻变化；(e, f) 通过电阻变化检测手指循环弯曲活动；(g, h) 通过电阻变化检测检测手腕循环弯曲活动。
