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氣凝膠纖維能夠將氣凝膠的輕量化和介孔特性與纖維的柔韌和細長特性相結合，在智能織物、柔性電子和透明光學等領域頗受關注。近日，中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所氣凝膠團隊采用動態(tài)溶膠-凝膠濕法紡絲和超臨界干燥聯(lián)用策略，制備出具有高導電性、高取向性且具有優(yōu)異電熱/光熱雙響應性的Ti₃C₂T_xMXene氣凝膠纖維（MAF），如圖1所示。與靜態(tài)溶膠-凝膠轉變策略相比，動態(tài)溶膠-凝膠紡絲策略在MXene氣凝膠的制備中展現(xiàn)出連續(xù)性和批量生產(chǎn)的優(yōu)勢。MAF的電導率高達10^4?S/m，比石墨烯氣凝膠纖維高1個數(shù)量級，比文獻中報道的其他MXene氣凝膠高2~3個數(shù)量級。在極低的輸入電壓（4.5V）下，單根MAF響應速度0.4s，表面溫度能升至178?℃。這些特性使MAFs在柔性可穿戴設備、智能織物和便攜式設備等領域具有應用潛力。

研究基于MXene納米片分散液的可紡性和金屬Ca²⁺的交聯(lián)作用，利用動態(tài)溶膠-凝膠濕法紡絲和超臨界CO₂干燥制備出MAF。如圖2所示，MAF內部形貌呈現(xiàn)出連續(xù)均勻的多孔網(wǎng)絡結構，而表面形貌相對致密。隨著初始濃度的降低，MAF的比表面積從65 m²/g增加到142 m²/g，孔容從0.197?cm³/g增加到0.342 cm³/g。結果表明，超臨界CO₂干燥工藝對氣凝膠纖維的孔隙結構損傷最小。與文獻中報道的MXene泡沫、MXene氣凝膠塊體和MXene膜相比，MAF的比表面積更具有優(yōu)勢。此外，MAF的孔隙率可達99.3 %，密度可低至0.035 g/cm³。

如圖3所示，研究通過2D廣角x射線散射（WAXS）測試，剖析了紡絲液濃度、擠出速度和牽引速度對氣凝膠纖維微觀結構的影響。MXene氣凝膠塊體的2D WAXS散射圖形呈圓形，表明內部MXene納米片是隨機的。相比之下，MAF的2D WAXS散射圖形呈梭狀，沿垂直方向延伸，反映了MXene納米片沿纖維軸的優(yōu)先取向?？蒲腥藛T采用取向因子f定量研究MXene納米片的取向程度（其中f?= 0表示完全隨機；f?= 1表示完全取向）。相比MXene氣凝膠塊體的取向因子f為0，MAF具有高取向度，取向因子f最高達到0.68。結果表明，高濃度的紡絲液、擠出過程中的剪切力和收集過程中的拉伸力有利于MXene納米片在氣凝膠纖維中的定向排列。

得益于Ti₃C₂T_xMXene的本征金屬性質和MAF的高取向性，MAF的電導率高達10^4?S/m，比石墨烯氣凝膠纖維高一個數(shù)量級，比MXene氣凝膠塊體高2~3個數(shù)量級。如圖4所示，采用DST策略制備的純MXene氣凝膠纖維導電性能優(yōu)于已報道的CNT基氣凝膠、石墨烯基氣凝膠、金屬基氣凝膠和MXene基氣凝膠等。其中，MAF（11170 S/m）的電導率是碳納米管氣凝膠（9.4 S/m）的1245倍，是銅納米線基氣凝膠（1280S/m）的9倍。研究顯示，MXene納米片具有優(yōu)異的導電性得益于三點：MXene納米片本征金屬導電性；大片MXene納米片（幾微米~十幾微米）；動態(tài)溶膠-凝膠轉變策略誘導MXene納米片的高度取向。MXene納米片還具有優(yōu)異的電熱性能，在極低的輸入電壓（4.5 V）下，單根MAF以極快的響應速度（0.4 s）使其表面溫度升至178?℃。與商用碳纖維相比，MAF表現(xiàn)出更低的響應電壓，在相同輸入電壓下表現(xiàn)出更快的響應速度和更高的表面溫度。

如圖5所示，MAF具有高光吸收能力，在近紅外區(qū)域接近100 %。MXene（20.5 L g^-1cm^-1）的消光系數(shù)比氧化石墨烯（3.6 L g^-1cm^-1）高約5.7?倍，MAF表現(xiàn)出出色的光熱響應能力。在一個太陽光下，單根MAF的溫度可升至40?℃；多根MAFs的溫度可以升至47?℃。此外，MAF在低溫下也具有優(yōu)異的光熱轉換功能，在極低溫度下也可具有光熱效果。MAF的光熱響應性能在循環(huán)過程中沒有表現(xiàn)出任何顯著惡化，表明MAF作為光熱響應材料在光加熱器領域的應用潛力。

該研究運用動態(tài)溶膠-凝膠濕紡策略制備出Ti₃C₂T_xMXene氣凝膠纖維，這種高導電的氣凝膠纖維豐富了氣凝膠纖維種類，并為高導電性氣凝膠材料的制備提供了新思路；MXene氣凝膠纖維作為智能響應纖維，在柔性可穿戴設備和光/電加熱等領域顯現(xiàn)出應用前景。相關研究成果以Electrically Conductive, Optically Responsive, and Highly Orientated Ti₃C₂T_xMXene Aerogel Fibers為題，發(fā)表在Advanced Functional Materials上。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃和英國皇家學會-牛頓高級學者基金等的資助。

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